CN211592868U - 一种可拓展空间的无人船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可拓展空间的无人船，包括船体、控制系统、导航系统、避障系统和电源系统以及设置于船体外侧的拓展系统，所述控制系统作为无人船的控制中枢，连接并监控导航系统、避障系统、电源系统和拓展系统，所述电源系统为无人船用电设备提供电源，所述拓展系统展开后可扩大无人船的活动空间，为乘客增加新的活动平台，其中拓展系统还包括气囊系统，气囊系统传递浮力支撑平台板，增加拓展系统的稳定性，当所述拓展系统收缩后成为船体侧面的一部分，使船体尺寸恢复还原，船体形态还原便于高速航行。

Description

一种可拓展空间的无人船

技术领域

本发明涉及水域机器人自动控制系统，尤其是一种可拓展空间的无人船。

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。

无人船分布在江河、湖泊、海湾各处景区，可作为运输工具为水域乘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。尽管无人船能在载人后自主前往目标水域，但是无人船漂泊时，其甲板活动空间不够，静态稳定性较差，极大限制了无人船的功能拓展，不利于各式型号无人船的推广和发展。

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

本发明需要解决的技术问题是：无人船活动空间有限，不利于乘客在无人船上开展活动的问题，乘客移动过程中容易出现船体单侧偏斜现象；通过在无人船两侧设置拓展系统，扩大无人船载客舱空间，并通过气囊系统支撑拓展系统，提高稳定性同时解决乘客分布不均导致船体侧偏的问题。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：提供一种可拓展空间的无人船，包括船体、控制系统、导航系统、避障系统和电源系统以及设置于船体外侧的拓展系统，所述控制系统作为无人船的控制中枢，连接并监控导航系统、避障系统、电源系统和拓展系统，所述电源系统为无人船用电设备提供电源，所述拓展系统展开后可扩大无人船的活动空间，为乘客增加新的活动平台，当所述拓展系统收缩后成为船体侧面的一部分，使船体尺寸恢复还原。

进一步的，所述拓展系统包括平台板和液压缸，所述平台板顶面的左侧、右侧和顶侧设置有护栏；所述平台板底部两侧设置连接销；所述船体左右两侧分别开设与平台板配套的拓展口，拓展口底部设置与连接销配套的挂接孔，所述平台板通过连接销可旋转的铰接于挂接孔中；所述船体上端中线上设置桁架梁，所述桁架梁上设置挂台，所述液压缸的一端可旋转的铰接于挂台，另一端可旋转的铰接于平台板顶侧的护栏上；控制系统驱动液压缸动作，当液压缸处于行程状态一时，液压缸将平台板推动至展开的水平状态，当液压缸处于行程状态二时，液压缸将平台板推动至收缩状态，此时平台板底面与船体侧面平行；其中状态一为伸长状态，状态二为收缩状态。

进一步的，所述拓展系统还包括气囊系统，所述气囊系统包括气囊体、充气电机和电磁气阀，所述气囊体安装于平台板的底面，所述气囊体和平台板上开设有连体的通气孔；所述充气电机安装于平台板的顶面；所述电磁气阀包括进气口、出气口和排气口，所述电磁气阀的进气口与充气电机的输出口相连并在接触面密封紧固处理，电磁气阀的出气口经由通气孔插入气囊体内部并在接触面密封紧固处理。

电磁气阀处于充气状态且充气电机正向旋转，则向气囊体中补充空气；电磁气阀处于气压保持状态时，气囊体保持气压不变；电磁气阀处于自然排气状态时，气囊体中的空气自然排出；电磁气阀处于快速排气状态时且充气电机反向旋转，则将气囊体中空气吸出。

进一步的，所述拓展系统还包括气压传感器、拉压力传感器和位置传感器，所述气压传感器安装于气囊体中，监测气囊体的气压；所述拉压力传感器设置于液压缸中，监测液压缸承受的拉力值；所述位置传感器安装于拓展口侧面，监测平台板的位置状态；具体为，所述控制系统接收气压传感器、拉压力传感器和位置传感器的监测值；控制系统根据拉压力传感器和位置传感器的监测值，结合乘客动作指令或监控中心指令，判断气囊体实时需求，驱动气囊系统动作；其中控制系统根据位置传感器的监测数据，判定平台板处于位置状态为：完全收缩、展开中、完全展开或收缩中；当平台板完全展开且需维持平台板的水平状态时，如果液压缸所受拉力大于设定阈值A且气囊体气压小于设定阈值X，则判定气囊体气压小于需求需要加气，可通过充气电机打气增大气囊体的体积实现浮力调整，减小重力对液压缸的持续拉力；当平台板完全展开且需维持平台板的水平状态时，如果液压缸所受拉力在设定阈值范围内且气囊体气压正常，则判定气囊体气压满足需求；当平台板完全展开时需维持平台板的水平状态，如果液压缸所受拉力小于设定阈值B且气囊体气压大于设定阈值Y，则判定囊体气压大于需求需要自然排气，可通过自然放气减小气囊体的体积实现浮力调整，减小浮力对液压缸的挤压；当平台板完全收缩且需要收紧气囊体，如果气囊体的气压大过设定阈值Z，则判定气囊体气压大于需求需要快速排气，可通过充气电机吸气减小气囊体的体积实现气囊体收紧；当气囊体气压小于设定阈值W，则判定气囊体气压满足需求。

当气囊体气压小于需求需要加气时，控制系统先驱动电磁气阀处于充气状态，即电磁气阀的进气口和出气口联通且排气口关闭，然后控制系统驱动充气电机正向转动为气囊体提供气体；当气囊体气压满足需求时，控制系统先驱动电磁气阀处于气压保持状态时，即电磁气阀的进气口和排气口联通且出气口关闭，然后控制系统下发指令使充气电机停止工作；当气囊体气压大于需求需要自然排气时，控制系统先下发指令使充气电机停止工作，然后控制系统驱动电磁气阀处于自然排气状态，即电磁气阀的出气口和排气口联通且进气口关闭；气囊体中的空气自然排出；当气囊体气压大于需求需要快速排气时，控制系统先驱动电磁气阀处于快速排气状态，即电磁气阀的进气口和出气口联通且排气口关闭，然后控制系统驱动充气电机反向转动将气囊体中空气吸出。

所述导航系统包括惯导系统和北斗电台，具体为，所述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船舱内，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船定位信息并经由无线通讯链路发送给监控中心。

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，控制器将障碍信息经由无线通讯链路发送给监控中心。

进一步的，所述平台板为长方体或半圆体。

进一步的，所述船体前后两侧也可以开设拓展口并设置拓展系统。

进一步的，无人船上还包括安装于船体顶部的气象站，控制系统根据气象站获取水流水浪信息，调整气囊充气阈值范围。

本发明相比现有技术具有以下优点。

通过在无人船两侧设置拓展系统；当拓展系统展开时，增加无人船载客舱的活动空间，有利于乘客在无人船上开展活动的问题，尤其通过气囊系统支撑拓展系统，提高拓展系统的稳定性，解决拓展系统上乘客分布不均导致船体侧偏问题，配合电磁气阀可减轻液压缸及接口设备的机械负担，使液压缸及接口设备承受的压力或拉力维持在正常水平；当所述拓展系统收缩后，成为船体侧面的一部分，使船体尺寸恢复还原，减小航行阻力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例中无人船的拓展系统完全展开时俯视立体图。

图2为本发明实施例中无人船的拓展系统完全展开时仰视立体图。

图3为本发明实施例中无人船的拓展系统完全收缩时立体图。

图4为本发明实施例中无人船控制系统的组成结构图。

图5为本发明实施例中无人船的船体立体图。

图6为本发明实施例中无人船的充气电机和电磁气阀孤立时立体图。

图7为本发明实施例中无人船的平台板和气囊体孤立时立体图。

图8为本发明实施例中无人船的平台板展开时部分设备孤立立体图。

图9为本发明实施例中无人船的平台板收缩后部分设备孤立立体图。

图中：1-船体；2-控制系统；3-导航系统；4-避障系统；5-电源系统；6-拓展系统；7-气囊系统；8-气压传感器；9-拉压力传感器；10-位置传感器；11-气象站；101-拓展口；102-挂接孔；103-桁架梁；104-挂台；601-平台板；602-液压缸；603-护栏；604-连接销；701-气囊体；702-充气电机；703-电磁气阀；704-通气孔；705-进气口；706-出气口；707-排气口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明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发明。

实施用例：如图1-9所示，一种可拓展空间的无人船，包括船体1、控制系统2、导航系统3、避障系统4和电源系统5以及设置于船体1外侧的拓展系统6，所述控制系统2作为无人船的控制中枢，连接并监控导航系统3、避障系统4、电源系统5和拓展系统6，所述电源系统5为无人船用电设备提供电源，所述拓展系统6展开后可扩大无人船的活动空间，为乘客增加新的活动平台，当所述拓展系统6收缩后成为船体1侧面的一部分，使船体1长宽高尺寸恢复还原；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，控制系统2和电源系统5主体部件安装于船舱内。

本实施例中，所述拓展系统6包括平台板601和液压缸602，平台板601为长方体板长500cm、宽150cm、厚6cm，所述平台板601顶面的左侧、右侧和顶侧设置有护栏603，所述平台板601底部两侧设置连接销604；所述船体1左右两侧分别开设与平台板601配套的拓展口101，拓展口101宽度500cm，拓展口101底部设置与连接销604配套的挂接孔102，所述平台板601通过连接销604可旋转的铰接于拓展口101挂接孔102中；所述船体1上端中线上设置桁架梁103，所述桁架梁103上设置挂台104，所述液压缸602的一端可旋转的铰接于挂台104，另一端可旋转的铰接于平台板601顶侧的护栏603上；控制系统2驱动液压缸602动作，当液压缸602处于行程L=360cm时，液压缸602将平台板601推动至完全展开的水平状态，当液压缸602处于行程L=100cm时，液压缸602将平台板601推动至完全收缩状态，完全收缩时平台板601底面与船体1侧面平行。

本实施例中，所述拓展系统6还包括气囊系统7，所述气囊系统7包括气囊体701、充气电机702和电磁气阀703，所述气囊体701安装于平台板601的底面，所述气囊体701和平台板601上开设有连体的通气孔704；所述充气电机702安装于平台板601的顶面；所述电磁气阀703包括进气口705、出气口706和排气口707，所述电磁气阀703的进气口705与充气电机702的输出口相连并在接触面密封紧固处理，电磁气阀703的出气口706经由通气孔704插入气囊体701内部并在接触面密封紧固处理。

电磁气阀703处于充气状态且充气电机702正向旋转，则向气囊体701中补充空气；电磁气阀703处于气压保持状态时，气囊体701保持气压不变；电磁气阀703处于自然排气状态时，气囊体701中的空气自然排出；电磁气阀703处于快速排气状态时且充气电机702反向旋转，则将气囊体701中空气吸出。其中气囊体701长500cm、宽120cm，装满空气时厚度70cm，空气排尽时厚度10cm。

本实施例中，所述拓展系统6还包括气压传感器8、拉压力传感器9和位置传感器10，所述气压传感器8安装于气囊体701中，监测气囊体701的气压；所述拉压力传感器9设置于液压缸602中，监测液压缸602承受的拉力值；所述位置传感器10安装于拓展口101侧面，监测平台板601的位置状态。

具体为，所述控制系统2接收气压传感器8、拉压力传感器9和位置传感器10的监测值。

控制系统2根据拉压力传感器9和位置传感器10的监测值，结合乘客动作指令或监控中心指令，判断气囊体701实时需求，驱动气囊系统7动作；其中控制系统2根据位置传感器10的监测数据，判定平台板601处于位置状态为：完全收缩、展开中、完全展开或收缩中；上述每个拓展口101侧面设置两个位置传感器10，上端位置传感器10用于监测平台板601是否处于完全收缩状态，下端位置传感器10用于监测平台板601是否处于完全展开状态。

当平台板601完全展开且需维持平台板601的水平状态时，如果液压缸602所受拉力大于设定阈值2.0万牛且气囊体701气压小于设定阈值100千帕，则判定气囊体701气压小于需求需要加气，可通过充气电机702打气增大气囊体701的体积实现浮力调整，减小乘客和平台板601重力对液压缸602的持续拉力。

当平台板601完全展开且需维持平台板601的水平状态时，如果液压缸602所受拉力在设定阈值范围-1.0万牛～2.0万牛内且气囊体701气压正常30千帕～300千帕，则判定气囊体701气压满足需求，其中拉力为负数时对应为压力。

当平台板601完全展开时需维持平台板601的水平状态，如果液压缸602所受拉力小于设定阈值-1.0万牛且气囊体701气压大于设定阈值30千帕，则判定囊体气压大于需求需要自然排气，可通过自然放气减小气囊体701的体积实现浮力调整，减小浮力对液压缸602的挤压，其中水体对气囊体701的挤压可实现自然排气，拉力小于设定阈值-1.0万牛即液压缸602受到浮力挤压的压力1.0万牛。

当平台板601完全收缩且需要收紧气囊体701，如果气囊体701的气压大过设定阈值20千帕，则判定气囊体701气压大于需求需要快速排气，可通过充气电机702吸气减小气囊体701的体积实现气囊体701收紧；当气囊体701气压小于设定阈值10千帕，则判定气囊体701气压满足需求。

当气囊体701气压小于需求需要加气时，控制系统2先驱动电磁气阀703处于充气状态，即电磁气阀703的进气口705和出气口706联通且排气口707关闭，然后控制系统2驱动充气电机702正向转动为气囊体701提供气体，气囊厚度变大。

当气囊体701气压满足需求时，控制系统2先驱动电磁气阀703处于气压保持状态时，即电磁气阀703的进气口705和排气口707联通且出气口706关闭，然后控制系统2下发指令使充气电机702停止工作，气囊厚度维持不变。

当气囊体701气压大于需求需要自然排气时，控制系统2先下发指令使充气电机702停止工作，然后控制系统2驱动电磁气阀703处于自然排气状态，即电磁气阀703的出气口706和排气口707联通且进气口705关闭；由于气囊体701自动收缩或水体挤压，使气囊体701中的空气自然排出，气囊厚度变小。

当气囊体701气压大于需求需要快速排气时，控制系统2先驱动电磁气阀703处于快速排气状态，即电磁气阀703的进气口705和出气口706联通且排气口707关闭，然后控制系统2驱动充气电机702反向转动将气囊体701中空气吸出，气囊厚度变小。

所述导航系统3包括惯导系统和北斗电台，具体为，所述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船舱内，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3获取无人船定位信息并经由无线通讯发送给监控中心。

所述避障系统4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603上；所述毫米波雷达为控制系统2提供长距离大范围扫描信息，所述激光雷达为控制系统2提供短距离小范围扫描信息，控制器将障碍信息经由无线通讯发送给监控中心。

无人船上还包括安装于船体1顶部的气象站11，气象站11包括风速风向传感器、降雨量测量仪，控制系统2根据气象站11数据计算水流水浪信息，调整气囊充气和液压缸602拉力应承受的阈值范围，具体为，当风浪越小时，气囊体701浮力和所受冲击力越平稳，对应阈值范围中最大值和最小值差距越小；当风浪越大时，气囊体701浮力和所受冲击力变化越大，对应阈值范围中最大值和最小值差距越大。

本实施例中，所述平台板601也可以是半圆体。

本实施例中，所述船体1前后两侧也可以开设拓展口101并设置拓展系统6。

无人船的拓展系统6从展开至收缩的整个过程的步骤如下。

步骤一：拓展系统6处于收缩状态，平台板601与船体1侧面平行，气囊体701处于空气排尽的低压状态；无人船根据旅游路线生成航行路线，并结合导航系统3和避障系统4的数据，将无人船自主航行到目的地。

步骤二：控制系统2根据气象站11数据计算水流水浪信息，调整气囊充气和液压缸602拉力应承受的阈值范围。

步骤三：控制系统2驱动液压缸602动作，液压缸602逐步伸长直至使平台板601完全展开至如图1所示。

步骤四：控制系统2驱动电磁气阀703处于充气状态，即电磁气阀703的进气口705和出气口706联通且排气口707关闭，控制系统2驱动充气电机702正向转动为气囊体701提供气体，气囊厚度变大并伸入水体，产生浮力托起平台板601，当液压缸602拉力处于正常范围时，判定气囊体701气压满足需求。

步骤五：实时调整气囊体701的气压：当平台板601上加载乘客，并使液压缸602所受拉力大于设定阈值2.0万牛，则气囊体701气压小于需求需要加气，直至判定气囊体701气压满足需求；当平台板601乘客减少，气囊体701所受浮力使平台板601挤压液压缸602，液压缸602所受拉力小于设定阈值-1.0万牛且气囊体701气压大于设定阈值30千帕, 则需要自然排气, 直至判定气囊体701气压满足需求。

步骤六：当游玩活动完毕需要将拓展系统6收缩时，控制系统2驱动液压缸602动作，液压缸602逐步缩短直至使平台板601完全收缩。

步骤七：如果气囊体701的气压大过设定阈值20千帕，则判定气囊体701气压大于需求需要快速排气，控制系统2驱动充气电机702吸气减小气囊体701的体积实现气囊体701收紧至如图3所示；直至判定气囊体701气压满足需求。

步骤八：无人船根据已生成航行路线，并结合导航系统3和避障系统4的数据，使无人船自主安全返航。

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

Claims (10)

1.一种可拓展空间的无人船，包括船体（1）、控制系统（2）和电源系统（5），其特征在于，还包括设置于船体（1）外侧的拓展系统（6），所述控制系统（2）作为无人船的控制中枢，连接并监控电源系统（5）和拓展系统（6），所述电源系统（5）为无人船用电设备提供电源，所述拓展系统（6）展开后可扩大无人船的活动空间。

2.根据权利要求1所述可拓展空间的无人船，其特征在于，所述拓展系统（6）包括平台板（601）和液压缸（602）；所述船体（1）左右两侧分别开设与平台板（601）配套的拓展口（101），所述平台板（601）底端可旋转的铰接于拓展口（101）底部；所述船体（1）上端中线上设置桁架梁（103），所述桁架梁（103）上设置挂台（104），所述液压缸（602）的一端可旋转的铰接于挂台（104），另一端可旋转的铰接于平台板（601）的顶端。

3.根据权利要求2所述可拓展空间的无人船，其特征在于，所述平台板（601）顶面的左侧、右侧和顶侧设置有护栏（603），所述液压缸（602）一端可旋转的铰接于挂台（104），另一端可旋转的铰接于平台板（601）顶侧的护栏（603）上。

4.根据权利要求3所述可拓展空间的无人船，其特征在于，所述拓展系统（6）还包括气囊系统（7），所述气囊系统（7）包括气囊体（701）、充气电机（702）和电磁气阀（703），所述气囊体（701）安装于平台板（601）的底面，所述气囊体（701）和平台板（601）上开设有连体的通气孔（704）；所述充气电机（702）安装于平台板（601）的顶面；所述电磁气阀（703）包括进气口（705）、出气口（706）和排气口（707），所述电磁气阀（703）的进气口（705）与充气电机（702）的输出口相连并在接触面密封紧固处理，电磁气阀（703）的出气口（706）经由通气孔（704）插入气囊体（701）内部并在接触面密封紧固处理。

5.根据权利要求4所述可拓展空间的无人船，其特征在于，所述拓展系统（6）还包括气压传感器（8）、拉压力传感器（9）和位置传感器（10），所述气压传感器（8）安装于气囊体（701）中，监测气囊体（701）的气压；所述拉压力传感器（9）设置于液压缸（602）中，监测液压缸（602）承受的拉力值；所述位置传感器（10）安装于拓展口（101）侧面，监测平台板（601）的位置状态。

6.根据权利要求5所述可拓展空间的无人船，其特征在于，所述平台板（601）底部两侧设置连接销（604）；所述拓展口（101）底部设置与连接销（604）配套的挂接孔（102），所述平台板（601）通过连接销（604）可旋转的铰接于挂接孔（102）中。

7.根据权利要求2-6中任一所述可拓展空间的无人船，其特征在于，所述平台板（601）为长方体或半圆体。

8.根据权利要求7所述可拓展空间的无人船，其特征在于，还包括与控制系统（2）连接的导航系统（3），所述导航系统（3）包括惯导系统和北斗电台。

9.根据权利要求8所述可拓展空间的无人船，其特征在于，还包括与控制系统（2）连接的避障系统（4），所述避障系统（4）包括毫米波雷达和激光雷达。

10.根据权利要求9所述可拓展空间的无人船，其特征在于，还包括安装于船体（1）顶部的气象站（11），控制系统（2）根据气象站（11）获取水流水浪信息，调整气囊充气阈值范围。

Images