CN210573384U - 一种无人游船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人游船，包括船体、控制系统、通讯系统、导航系统、避障系统、动力系统和探测设备；所述船体包括控制舱、载客舱和船顶；所述动力系统包括电动桨、充电系统和蓄电池，在船底前端和后端至少各设置一套电动桨，为无人游船提供冗余的划水动力；所述充电系统包括充电插头、充电线和充电器；所述船体侧边至少安装一个充电插头，用于搭建对岸充电通道；所述载客舱中设置座椅和操控台，所述船顶用于遮风挡雨并搭载设备；所述控制系统作为无人游船控制中枢，监控所述通信系统、导航系统、避障系统、动力系统和探测设备，实现通讯、航向和避障功能，确保游船无人化航行的安全性和稳定性。

Description

一种无人游船

技术领域

本实用新型涉及水域机器人系统，尤其是一种用于景区游玩的无人游船。

背景技术

无人船是一种可以无需遥控,借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人,英文缩写为USV。国内外许多企业大力投入无人船的研制，充分发挥无人船低成本、无随船人员、低风险的优势，最大化体现水域机器人的价值。

游船分布在江河、湖泊、海湾各处景区，作为运输工具为游客享受水域风景提供服务，巡游路线较为固定，对船体平稳安全性要求较高。近年来国内外发生较多的游船倾覆事件，如2018年7月5日傍晚，两艘共载有127名中国游客的游船在泰国普吉海域发生倾覆，造成重大伤亡事故；悲剧的发生即是天灾也是人祸，如何增加游船稳定安全性、提高自动化智能化，减少操舵人员在关键时候慌张误操作，或提前确定是否适合航行，成为当下需要解决的重要问题。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是：通过一种无人游船替代有人游船，提高游船的自动化、智能化水平，确保游船提供安全周到的服务，从而解决当前游船自动化程度低，全程需要船员操控的问题。

本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：提供一种无人游船，包括船体、控制系统、通讯系统、导航系统、避障系统、动力系统和探测设备。

所述船体最下层为控制舱，控制舱的上面为载客舱，最上为船顶；船体对称设置，其中船体下端首尾结构相同，便于安装负载设备；所述载客舱底部的甲板首尾结构相同，甲板上固定设置座椅和操控台，方便乘客乘坐并且实现乘客与无人游船交互，甲板上开设有过线孔或维修用的舱门；船顶用于遮风挡雨且可以搭载设备。

所述控制系统作为无人游船控制中枢安装于控制舱中，控制系统通过数据总线或网线与所述通信系统、导航系统、避障系统、动力系统和探测设备连接，控制系统根据接收的状态信息，生成动作指令并发送给动力系统，实现无人游船平稳自主航行功能。

所述动力系统包括电动桨、充电系统和蓄电池；所述电动桨包括转向器、挂轴、动力电机和螺旋桨，所述转向器竖直固定安装于控制舱的甲板上，转向器的输出轴上设置传动齿轮；所述挂轴通过轴承贯穿且竖直的安装于船底中轴线上，一端通过传动齿轮与转向器的输出轴相连，另一端通过螺栓固定连接在动力电机顶部，挂住动力电机并传导转向器的旋转力矩；所述螺旋桨通过螺栓固定在动力电机的输出轴上。

所述充电系统包括充电插头、充电线和充电器；所述船体侧边至少安装一个充电插头，所述充电器安装于控制舱内的甲板上，一端与充电线相连，另一端与蓄电池相连，将外部交流电转化为直流电为蓄电池充电；所述蓄电池安装于控制舱内的甲板上，接收充电器的电源，为控制系统、通讯系统、导航系统、避障系统、动力系统和探测设备中用电设备提供电源；所述电动桨和蓄电池为模块化系统，便于卸载或更换，其中蓄电池即可以通过充电器实时补充电能，也可以通过卸载的方式更换新蓄电池，其中动力电机和螺旋桨易于卸载和更换；所述船底中轴线前端和后端各设置一套电动桨，为无人游船提供冗余的划水动力，有利于船体自动实现旋转、平移和定位的操作。

所述操控台作为乘客与无人游船的交互平台，设置有报警按钮、急停按钮、工控机、显示屏、拾音器和喇叭，为乘客提供操作、语音、图像的交互平台；所述工控机中设置存储盘存储导游信息，控制系统将根据无人游船的位置信息，实时启动工控机播放相应的导游信息。

所述探测设备包括安装于控制舱的微型陀螺仪、安装于船顶的气象站和安装在船顶两端的摄像头；其中微型陀螺仪提供船体的姿态数据，气象站提供水域实时气象信息，摄像头提供船体四周水域图像信息；所述控制系统根据姿态数据和气象信息，生成动作指令，控制动力系统做出调整，确保船体平稳行进。

所述船体侧面外凸位置设置防撞护舷，所述护舷采用橡胶材质做成。

所述通信系统包括数字电台、宽带电台和甚高频通信台，其中数字电台配套设置有数字天线，宽带电台配套设置有宽带天线；所述数字电台和宽带电台的处理器安装于控制舱中，所述数字天线和宽带天线安装于船顶上；所述甚高频通信台安装于操控台上。

所述导航系统包括惯导系统和北斗电台，其中惯导系统配套设置有惯导主天线和惯导副天线，北斗电台配套设置有电台天线；所述惯导主天线、惯导副天线和电台天线均安装在船顶上；所述惯导系统和北斗电台的处理器安装于控制舱中，惯导主天线和惯导副天线通过导线与惯导系统的处理器相连，电台天线通过导线与北斗电台的处理器相连；所述北斗电台具备短报文通信能力；所述导航系统获取无人游船定位信息并经由通讯系统发送给监控中心。

所述避障系统包括毫米波雷达和激光雷达；所述毫米波雷达安装于船顶上；所述激光雷达设置两个，对称安装于船头和船尾护栏上；所述毫米波雷达为控制系统提供长距离大范围扫描信息，所述激光雷达为控制系统提供短距离小范围扫描信息，所述激光雷达辅助控制系统精确控制无人游船进入可停泊水道，并停在指定位置。

本实用新型相比现有技术具有以下优点。

1、通过控制系统、通讯系统、导航系统、避障系统、动力系统和探测设备实现游船的无人化自主航行，尤其是控制系统根据探测信息生成实时动作指令，提高船体航行平稳性。

2、取消驾驶室增加载客舱空间，通过操控台实现乘客与游船间交互功能；船体层次分明结构对称，极大简化游船结构，增加载客能力。

3、动力系统采用模块化设备，便于卸载维护。

4、设置多套电动桨，为无人游船提供冗余的划水动力，有利于船体自动实现旋转、平移和定位的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中无人游船的工作状态立体图。

图2为本实用新型实施例中无人游船中控制系统部分设备连接示意图。

图3为本实用新型实施例中无人游船中控制舱的俯视立体剖视图。

图4为本实用新型实施例中无人游船中电动桨孤立显示图。

图5为本实用新型实施例中无人游船中船体剖视后充电系统显示图。

图6为本实用新型实施例中无人游船中操控台孤立显示图。

图中：1-船体；2-控制系统；3-通讯系统；4-导航系统；5-避障系统；6-动力系统；7-探测设备；8-操控台；9-护舷；101-控制舱；102-载客舱；103-船顶；104-座椅；301-数字电台；302-宽带电台；303-甚高频通信台；304-数字天线；305-宽带天线；401-惯导系统；402-北斗电台；403-惯导主天线；404-惯导副天线；405-电台天线；501-毫米波雷达；502-激光雷达；601-电动桨；602-充电系统；603-蓄电池；6011-转向器；6012-挂轴；6013-动力电机；6014-螺旋桨；6015-轴承；6016-传动齿轮；6021-充电插头；6022-充电线；6023-充电器；701-微型陀螺仪；702-气象站；703-摄像头；801-报警按钮；802-急停按钮；803-工控机；804-显示屏；805-拾音器；806-喇叭。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

实施例1，如图1-6所示，一种无人游船，包括船体1、控制系统2、通讯系统3、导航系统4、避障系统5、动力系统6和探测设备7；其中控制系统2为以SIM32F系列CPU处理器为核心组成的控制箱。

所述船体1最下层为控制舱101，高度0.5米，控制舱101底部设置有长5.7米宽1.7米的甲板，用于安装负载设备；控制舱101的上面为载客舱102，载客舱102上面设置有船顶103；船体1对称设置，其中船体1下端的控制舱101首尾结构相同，便于对称的安装负载设备；所述载客舱102底部的甲板首尾结构相同，甲板上固定设置座椅104和操控台8，方便乘客乘坐并且实现乘客与无人游船交互，甲板上开始有过线孔或维修用的舱门；船顶103用于遮风挡雨且可以搭载设备。

所述控制系统2作为无人游船控制中枢安装于控制舱101中，控制系统2通过数据总线或网线与所述通信系统、导航系统4、避障系统5、动力系统6和探测设备7连接，控制系统2根据接收的状态信息，生成动作指令并发送给动力系统6，实现无人游船平稳自主航行功能。

所述动力系统6包括二套电动桨601、一套充电系统602和四节并联的蓄电池603；每套电动桨601包括转向器6011、挂轴6012、动力电机6013和螺旋桨6014，所述转向器6011竖直固定安装于控制舱101的甲板上，转向器6011的输出轴上设置传动齿轮6016；所述挂轴6012通过轴承6015贯穿且竖直的安装于船底中轴线上，一端通过传动齿轮6016与转向器6011的输出轴相连，另一端通过螺栓固定连接在动力电机6013顶部，挂住动力电机6013并传导转向器6011的旋转力矩；所述螺旋桨6014通过螺栓固定在动力电机6013的输出轴上。其中两套电动桨601对称安装在船底中轴线前端和后端，为无人游船提供冗余的划水动力，有利于船体1自动实现旋转、平移和定位的操作。

所述充电系统602包括充电插头6021、充电线6022和充电器6023；所述充电插头6021安装于船体1的右侧，所述充电器6023安装于控制舱101内的甲板上，一端与充电线6022相连，另一端与蓄电池603相连，将外部交流电转化为直流电为蓄电池603充电；所述蓄电池603安装于控制舱101内的甲板上，型号为： 6-CQ-195a/12V195AH，蓄电池603接收充电器6023的电源，为控制系统2、通讯系统3、导航系统4、避障系统5、动力系统6和探测设备7中用电设备提供电源。

所述电动桨601和蓄电池603为模块化系统，便于卸载或更换，其中蓄电池603即可以通过充电器6023实时补充电能，也可以通过卸载的方式更换新蓄电池603，其中动力电机6013和螺旋桨6014同样易于卸载维护。

所述操控台8作为乘客与无人游船的交互平台，长1米，宽0.5米，高1.1米，台面上设置有报警按钮801、急停按钮802、显示屏804、拾音器805和喇叭806，台面下设置工控机803，操控台8为乘客提供操作、语音、图像的交互平台；所述工控机803中设置存储盘存储导游信息，控制系统2将根据无人游船的位置信息，实时启动工控机803配合喇叭806播放相应的导游信息。

所述探测设备7包括安装于控制舱101的微型陀螺仪701、安装于船顶103的气象站702和安装在船顶103两端的鱼眼摄像头703；其中微型陀螺仪701提供船体1的姿态数据包括船体1横纵摇、加速度信息，气象站702提供水域实时气象信息包括风速、风向、降雨量信息，摄像头703提供船体1四周水域图像信息；所述控制系统2根据姿态数据和气象信息，生成动作指令，驱动动力系统6做出调整，确保船体1平稳行进，控制系统2将摄像头703的信息传送给监控中心。

所述船体1侧面外凸位置设置防撞护舷9，所述护舷9采用橡胶材质做成。

所述通信系统包括数字电台301、宽带电台302和甚高频通信台303，其中数字电台301配套设置有数字天线304，宽带电台302配套设置有宽带天线305；所述数字电台301和宽带电台302的处理器安装于控制舱101的通讯系统3中，所述数字天线304和宽带天线305安装于船顶103上；所述甚高频通信台303安装于操控台8的台面上。

所述导航系统4包括惯导系统401和北斗电台402，其中惯导系统401配套设置有惯导主天线403和惯导副天线404，北斗电台402配套设置有电台天线405；所述惯导主天线403、惯导副天线404和电台天线405均安装在船顶103上；所述惯导系统401和北斗电台402的处理器安装于控制舱101中，惯导主天线403和惯导副天线404通过导线与惯导系统401的处理器相连，电台天线405通过导线与北斗电台402的处理器相连；所述北斗电台402具备短报文通信能力；所述导航系统4获取无人游船定位信息并经由通讯系统3发送给监控中心。

所述避障系统5包括：77G毫米波雷达501和两个Leddar64线激光雷达502；所述毫米波雷达501安装于船顶103上；两个激光雷达502对称的安装在船头和船尾护栏上；所述毫米波雷达501为控制系统2提供0-30千米范围内扫描信息，所述激光雷达502为控制系统2提供0-100米范围内扫描信息，所述激光雷达502辅助控制系统2精确控制无人游船进入可停泊水道，并停在指定位置。

实施例2，游船完成入港、充电和出游的任务所需的操作步骤如下。

步骤1:主控系统根据停靠点生成航行路径，并根据避障系统5监测数据实时修正路径。

步骤2:主控系统驱动动力系统6工作，转向器6011借助传动齿轮6016调整挂轴6012角度，挂轴6012带动动力电机6013转动，动力电机6013带动螺旋桨6014，从而改变螺旋桨6014的出力方向，调整范围0-360度，前后电动桨601配合动作将无人游船推向停靠点。

步骤3:工作人员将充电插头6021插入岸电插座，交流电经由充电线6022传送给充电器6023，充电器6023将交流电转变为直流电后，给蓄电池603充电。

步骤4:充电完毕拔掉充电插头6021后，乘客进入载客舱102，坐在座椅104上，主控系统经由通讯系统3与监控中心交互数据，根据监控中心指令生成旅游路径。

步骤5:主控系统驱动动力系统6工作，实现无人游船自主航行，并根据气象站702信息、微型陀螺仪701监测数据、避障系统5监测数据，实时调整各动力桨的工作状态，从而保证无人游船平稳完成航行。

步骤6:在航行过程中，控制系统2根据导航系统4的位置信息和摄像头703的探测信息，自动启动工控机803状态，使显示屏804上显示配套的图片或视频，喇叭806播放配套的景点内容。

步骤7:拾音器805收集游船上乘客语音信息，甚高频通信台303则给乘客提供高质量的对话通道，当无人游船上出现紧急情况，乘客达到操控台8按下报警按钮801向监控中心报警或按下急停按钮802将无人游船停下。

实施例3，游船蓄电池603或电动桨601维护步骤如下。

步骤1:打开维修用的舱门，找到需要更换维护的蓄电池603或电动桨601。

步骤2:卸下固定蓄电池603或电动桨601的螺栓和连接线，取出原蓄电池603或电动桨601。

步骤3:将新的蓄电池603或电动桨601放入对应位置，拧紧定位螺栓。

步骤4:将连接线还原插好。

步骤5：盖好维修用的舱门。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人游船，包括船体（1）、控制系统（2）、通讯系统（3）、导航系统（4）、避障系统（5）、动力系统（6）和探测设备（7），其特征在于，所述船体（1）包括控制舱（101）和载客舱（102）；所述控制系统（2）作为无人游船控制中枢，与所述通讯系统、导航系统（4）、避障系统（5）、动力系统（6）和探测设备（7）连接，控制无人游船航行；所述动力系统（6）包括电动桨（601）、充电系统（602）和蓄电池（603）；所述载客舱（102）中设置座椅（104）和操控台（8），所述操控台（8）为乘客提供交互接口。

2.根据权利要求1所述的无人游船，其特征在于，所述船体（1）还包括用于遮风挡雨的船顶（103），所述探测设备（7）包括安装于控制舱（101）的微型陀螺仪（701）、安装于船顶（103）的气象站（702）和安装于船顶（103）两端的摄像头（703）。

3.根据权利要求2所述的无人游船，其特征在于，所述船体（1）下端首尾结构相同；所述载客舱（102）底部的甲板首尾结构相同。

4.根据权利要求3所述的无人游船，其特征在于，所述电动桨（601）包括转向器（6011）、挂轴（6012）、动力电机（6013）和螺旋桨（6014），所述转向器（6011）竖直固定安装于控制舱（101）的甲板上，转向器（6011）的输出轴上设置传动齿轮（6016）；所述挂轴（6012）通过轴承（6015）贯穿且竖直的安装于船底中轴线上，一端通过传动齿轮（6016）与转向器（6011）的输出轴相连，另一端通过螺栓固定连接在动力电机（6013）顶部，挂住动力电机（6013）并传导转向器（6011）的旋转力矩；所述螺旋桨（6014）通过螺栓固定在动力电机（6013）的输出轴上。

5.根据权利要求4所述的无人游船，其特征在于，所述船底中轴线前端和后端各设置一套电动桨（601），为无人游船提供冗余的划水动力。

6.根据权利要求5所述的无人游船，其特征在于，所述充电系统（602）包括充电插头（6021）、充电线（6022）和充电器（6023）；所述船体（1）侧边至少安装一个充电插头（6021），所述充电器（6023）安装于控制舱（101）内的甲板上，一端与充电线（6022）相连，另一端与蓄电池（603）相连，将外部交流电转化为直流电为蓄电池（603）充电；所述蓄电池（603）安装于控制舱（101）内的甲板上，接收充电器（6023）的电源，为控制系统（2）、通讯系统（3）、导航系统（4）、避障系统（5）、动力系统（6）和探测设备（7）中用电设备提供电源。

7.根据权利要求6所述的无人游船，其特征在于，所述操控台（8）设置有报警按钮（801）、急停按钮（802）、工控机（803）、显示屏（804）、拾音器（805）和喇叭（806），为乘客提供操作、语音、图像的交互平台；所述工控机（803）中设置存储盘存储导游信息。

8.根据权利要求7所述的无人游船，其特征在于，所述船体（1）侧面外凸位置设置防撞护舷（9）。

9.根据权利要求8所述的无人游船，其特征在于，所述通讯系统包括数字电台（301）、宽带电台（302）和甚高频通信台（303）中的一项或多项，其中数字电台（301）配套设置有数字天线（304），宽带电台（302）配套设置有宽带天线（305）；所述数字电台（301）和宽带电台（302）的处理器安装于控制舱（101）中，所述数字天线（304）和宽带天线（305）安装于船顶（103）上；所述甚高频通信台（303）安装于操控台（8）上；所述导航系统（4）包括惯导系统（401）和北斗电台（402）中的一项或多项，其中惯导系统（401）配套设置有惯导主天线（403）和惯导副天线（404），北斗电台（402）配套设置有电台天线（405），惯导主天线（403）、惯导副天线（404）和电台天线（405）均安装在船顶（103）上；所述惯导系统（401）和北斗电台（402）的处理器安装于控制舱（101）中，惯导主天线（403）和惯导副天线（404）通过导线与惯导系统（401）的处理器相连，电台天线（405）通过导线与北斗电台（402）的处理器相连；所述北斗电台（402）具备短报文通信能力；所述导航系统（4）获取无人游船定位信息并经由通讯系统（3）发送给监控中心；所述避障系统（5）包括毫米波雷达（501）和激光雷达（502）；所述毫米波雷达（501）安装于船顶（103）上；所述激光雷达（502）安装在船体（1）的船头和船尾端面；通过所述激光雷达（502）精确控制无人游船进入可停泊水道，并停在指定位置。

10.根据权利要求1-9任一所述的无人游船，其特征在于，所述动力系统（6）中电动桨（601）和蓄电池（603）采用模块化设置，便于卸载更换。

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