CN211653501U - 一种自动巡检无人船 - Google Patents

Abstract

本实用新型所公开的自动巡检无人船，包括船体、设置于船体尾端两侧的动力航向装置、以及设置于船体内的中控模块、蓄电池和无线通信模块，其特征在于，船体的顶部固定有安装架体，安装架体的前后两端固定有防抖云台，两防抖云台上分别安装SLAM激光扫描装置和六镜头环视拍摄装置，船体的前端和两侧均固定有毫米波雷达探头，SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、毫米波雷达探头和动力航向装置均与中控模块相连。其结构利用激光扫描仪与六镜头环视拍摄装置结合来获得高分辨率的图像和点云数据，从而来达到无人船在自动航行时得到自动避障的效果，并且在避障之后融合毫米波雷达进行测算船体周侧与周边障碍物的距离和安全可通过的区域。

Description

一种自动巡检无人船

技术领域

本实用新型涉及一种无人巡检技术领域，尤其是一种自动巡检无人船。

背景技术

随着无人船的应用越来越广泛，无人船在执行航行任务过程中的智能性、自主性以及安全性也愈发重要。无人船在未知环境或者无信号环境进行巡航作业，由于周身环境未知、定位信号无或弱、遥控信号不连续等因素，如何进行智能和自主的航行且有效躲避障碍物成了亟待解决的问题。

目前，无人船的自动避障技术中最为常见的就是通过红外、超声波。无人船在执行航行任务中，通过其传感器收集周边环境的信息，测量距离而做出相对应的动作指令，从而达到避障的作用。

红外和超声波技术，在使用过程中需要向外辐射信号，所以对于反射或被侦测的物体表面具有较高的要求，如：红外线易被黑色物体或类黑色表面吸收，同时容易穿透透明物体；而超声波会被海绵或类海绵等物体表面吸收，同时航进过程中也易被航船所带起的桨花气流所干扰。再者，红外和超声波普遍使用的是单点测距，只能获得特定方向上的距离数据，从而使得无人船自动测距避障的效果较差，同时，码头及港口近岸设施设备的巡检,特别是码头泊位底部桩基，目前长期需要依靠人力巡检排查问题，既增加了作业的人工工作量，与此同时，在作业的过程中也存在较大的安全风险，从而基于上述缺陷急需一种可自动巡检的无人船。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种自动巡检无人船。

本实用新型所设计的一种自动巡检无人船，包括船体、设置于船体尾端两侧的动力航向装置、以及设置于船体内的中控模块、蓄电池和无线通信模块，船体的顶部固定有安装架体，安装架体的前后两端固定有防抖云台，两防抖云台上分别安装SLAM激光扫描装置和六镜头环视拍摄装置，船体的前端和两侧均固定有毫米波雷达探头，SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、毫米波雷达探头和动力航向装置均与中控模块相连，且蓄电池分别对SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、毫米波雷达探头、动力航向装置和中控模块进行供电。

作为优选，防抖固定云台包括外云台、内云台和连接底板，外云台和内云台扣合固定后形成内腔，内腔中由上至下设置有带有阻尼液的阻尼筒，阻尼筒内设置有剪切盘，阻尼筒的贯穿孔处设置有T型套，剪切盘的连接轴贯穿T型套的内孔和内云台后与连接底板的螺栓孔螺纹连接，T型套的纵向部外周侧与贯穿孔内侧壁紧贴，连接底板通过螺栓与安装架体固定相连，剪切盘直径小于阻尼筒直径。

作为优选，SLAM激光扫描装置采用GeoSLAM的ZEB-REVO手持式激光SLAM扫描仪，且GeoSLAM的ZEB-REVO手持式激光SLAM扫描仪的柱体底端盘体通过螺栓与防抖固定云台的顶面固定相连。

作为优选，毫米波雷达采用Nanoradar的SP25短距K波段毫米波雷达传感器。

作为优选，无线通信模块采用WIFI无线模块。

作为优选，中控模块采用ARM控制器。

作为优选，动力航向装置包括推进套筒、安装于推进套筒内的直流无刷电机、安装于直流无刷电机的转轴上的桨叶、安装在船体尾端底部的舵机和安装在舵机转轴上的航向叶片，推进套筒的端部连接板通过螺栓与船体尾端固定相连。

作为优选，六镜头环视拍摄装置包括盖板、底壳和透明环套，透明环套的顶部和底部分别与盖板底面的边侧和底壳的套体顶端进行定位，盖板的底面周侧环形阵列设置有四块扣接板，底壳的套体外周侧环形阵列设置有四个扣块，各扣接板的底端扣孔分别与各扣块对应扣接；底壳的内腔中固定有电路板，电路板的顶面固定有四个环形阵列设置的卡扣板，卡扣板上设置有U型孔，U型孔的开口内侧壁设置有卡位块，且各U型孔内设置六个摄像头，摄像头的拍摄部位朝向透明环套，电路板的顶面中间位置固定有四个环形阵列设置的插座，各插座的位置分别与各卡扣板的位置对应，且摄像头的尾端设置有连接线缆，连接线缆的尾端设置有与插座对应匹配的插接头，且插接头对应插接在插座的插孔内，各插座的连接线分别与中控模块相连。

作为优选，盖板的底面轴承和底壳的套体顶端均嵌设有环形密封圈，环形密封圈上朝向透明环套的一侧设置环槽，且透明环套的端部对应嵌入环槽内，环槽的内侧壁与透明环套的侧壁紧贴。

作为优选，底壳的底端设置有丄型杆；还包括凵型底座，凵型底座的一端口处通过设置挡板后被封堵，凵型底座的纵向部顶端内侧设置限位挡条，当丄型杆的横向部由凵型底座的另一端口卡入至限位挡条与凵型底座的横向部顶面之间后，凵型底座的一端口进行可拆卸式固定板体，板体的侧面与丄型杆的横向部一端抵触；限位挡条上位于板体的位置处设置开口，板体的侧壁插入开口内定位；板体采用7字型板体，其横向部两端具有螺纹孔，螺纹孔的位置分别对一个位于限位挡条的顶面上方，螺纹孔内螺纹连接螺栓，螺栓的螺杆底端压紧在限位挡条的顶面；限位挡条的顶面设置有与螺纹孔位置对应的定位孔，螺栓的螺杆底端对应插入定位孔内；凵型底座的横向部顶面设置多个沉孔。

本实用新型所设计的一种自动巡检无人船，其结构利用激光扫描仪与六镜头环视拍摄装置结合来获得高分辨率的图像和点云数据，从而来达到无人船在自动航行时得到自动避障的效果，并且在避障之后融合毫米波雷达进行测算船体周侧与周边障碍物的距离和安全可通过的区域，实现智能航行、自动路径规划等，以进一步达到无人船自动巡检的技术效果。

附图说明

图1是实施例的整体结构示意图(一)；

图2是实施例的整体结构示意图(二)；

图3是实施例的云台结构示意图；

图4是实施例1的ARM控制器结构示意图；

图5是实施例1的FastSLAM基本框架结构示意图；

图6是实施例1的船载系统结构示意图；

图7是实施例的六镜头环视拍摄装置结构示意图(一)；

图8是实施例的六镜头环视拍摄装置结构示意图(二)；

图9是实施例的六镜头环视拍摄装置结构示意图(三)；

图10是实施例的凵型底座俯视结构示意图；

图11是实施例的底壳内固定有电路板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1-图11所示，本实施例所描述的一种自动巡检无人船，包括船体100、设置于船体100尾端两侧的动力航向装置、以及设置于船体1内的中控模块800、蓄电池和无线通信模块，船体100的顶部固定有安装架体200(且之间分别通过螺栓与安装架体和船体侧壁固定相连)，安装架体的前后两端固定有防抖云台300，两防抖云台上分别安装SLAM激光扫描装置500和六镜头环视拍摄装置400，船体的前端和两侧均固定有三毫米波雷达探头700，SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、毫米波雷达探头和动力航向装置均与中控模块相连，且蓄电池分别对SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、三毫米波雷达探头、动力航向装置和中控模块进行供电；进一步地，动力航向装置包括推进套筒601、安装于推进套筒601内的直流无刷电机602、安装于直流无刷电机的转轴上的桨叶603、安装在船体尾端底部的舵机604和安装在舵机转轴上的航向叶片605，推进套筒的端部连接板通过螺栓与船体尾端固定相连。

本实施例中，SLAM激光扫描装置采用GeoSLAM的ZEB-REVO手持式激光SLAM扫描仪，且GeoSLAM的ZEB-REVO手持式激光SLAM扫描仪的柱体底端盘体通过螺栓与防抖固定云台的外云台顶端面固定相连；毫米波雷达采用Nanoradar的SP25短距K波段毫米波雷达传感器；无线通信模块采用WIFI无线模块；中控模块采用ARM控制器。

基于上述结构，整个船载系统以ARM开发板为核心，激光扫描装置、运动相机模组、毫米波数据模组和舵机控制模块通过串口与ARM处理器进行数据通信。ARM控制器有3个3线RS-232串口和一个TTL串口，内部电路简图如图4所示。舵机控制模块输出也为TTL串口，可以将无线通信模块通过TTL串口与ARM控制器直接相连。激光扫描模块、六个运动摄像头、毫米波雷达通过RS-232串口与ARM控制器相连接，分别向ARM控制器输入点云序列、图像序列和距离数据，ARM控制器经内置程序算法判断，经TTL串口向舵机输出方向量和动力量，以促使舵机工作，使得航向叶片按照程序算法得出旋转角度进行旋转。

综合上述，如图5所示，使用无人船船载六镜头环视拍摄装置进行全方位采集船身周围环境的图像序列，使用激光扫描系统跟随六镜头环视拍摄装置采集船身周围环境的点云数据序列，ARM控制器内置程序运用FastSLAM算法对采集的图像序列进行特征提取与匹配，配合无人船内置的陀螺仪，实时估算无人船的位姿，从而构建点云地图；其中FastSLAM主要还包括前端、后端和地图构建，前端包括个传感器获取数据和扫描匹配，后端包括优化和闭环检测。将船身周围所采集的图像序列环境按预设规则划分为二维网格地图，并将稀疏点云投影到二维网格地图中；根据无人船的船身大小预设安全航进半径，根据网格与各个投影点的距离遍历判断二维网格地图中的各个网格可否作为通过安全半径的网格；根据无人船的船身大小预设最小的航进区域面积，并依据标记网格与船身的距离筛选出安全可通过的区域，测算安全可通过的区域与周边障碍的距离，遴选出距离均超过预设安全阈值的可航进区域为安全航进区域。

本实施例中，防抖固定云台300包括外云台301、内云台302和连接底板308，外云台和内云台扣合固定后形成内腔，内腔中由上至下设置有带有阻尼液的阻尼筒303，阻尼筒内设置有剪切304盘，阻尼筒303的贯穿孔306处设置有T型套307，剪切盘的连接轴贯穿T型套的内孔和内云台后与连接底板308的螺栓孔螺纹连接，T型套的纵向部外周侧与贯穿孔内侧壁紧贴，连接底板通过螺栓与安装架体固定相连，剪切盘直径小于阻尼筒直径，另一防抖固定云台的外云台顶端面通过螺栓与六镜头环视拍摄装置的凵型底座固定相连，其结构由于无人船在航行过程中会导致的摄像头抖动，从而通过固定轴使剪切盘在阻尼筒内上下运动，然而阻尼筒内的阻尼液会限制减缓这种运动的幅度，从而达到防抖的效果。

本实施例中，六镜头环视拍摄装置包括盖板1、底壳2和透明环套3，透明环套的顶部和底部分别与盖板底面的边侧和底壳的套体顶端进行定位，盖板的底面周侧环形阵列设置有四块扣接板14，底壳2的套体外周侧环形阵列设置有四个扣块23，各扣接板的底端扣孔分别与各扣块对应扣接；底壳的内腔中固定有电路板5，电路板的顶面固定有四个环形阵列设置的卡扣板6，卡扣板6上设置有U型孔，U型孔的开口内侧壁设置有卡位块61，且各U型孔内设置摄像头7，卡位块61紧压在摄像头的外周侧，使得摄像头可得到进一步的定位，摄像头7的拍摄部位朝向透明环套3，电路板的顶面中间位置固定有四个环形阵列设置的插座10，各插座的位置分别与各卡扣板的位置对应，且摄像头的尾端设置有连接线缆8，连接线缆8的尾端设置有与插座对应匹配的插接头9，且插接头对应插接在插座的插孔内。

上述结构中，为了进一步对摄像头固定更加问题，防止摄像头在卡扣板上发生位移，可在摄像头上与卡扣板进行卡位的位置设置两块相互间隔设置的限位板71，从而限位板分别与开位板的侧面进行抵触，以更进一步限位固定摄像头。

本实施例中，盖板1的底面轴承和底壳的套体顶端均嵌设有环形密封圈4，环形密封圈上朝向透明环套的一侧设置环槽41，且透明环套的端部对应嵌入环槽内，环槽的内侧壁与透明环套的侧壁紧贴。其结构使得透明环套的端部分别盖板和套体端部进行连接后，使环套的端部具有较好的密封性能，提高环视拍摄装置的防水性能。

本实施例中，还包括凵型底座11，凵型底座的横向部顶面设置多个沉孔，其利用沉孔内插入螺栓后，利用该螺栓将凵型固定座固定于汽车顶棚的顶面，此时，在底壳的底端设置丄型杆21；且凵型底座11的一端口处通过设置挡板111后被封堵，凵型底座的纵向部顶端内侧设置限位挡条112，当丄型杆的横向部由凵型底座的另一端口卡入至限位挡条112与凵型底座11的横向部顶面之间后，凵型底座的一端口进行可拆卸式固定7字型板体12，板体的侧面与丄型杆的横向部一端抵触；限位挡条上位于7字型板体的位置处设置开口113，7字型板体的纵向部侧壁插入开口113内定位；7字型板体12的横向部两端具有螺纹孔121，螺纹孔的位置分别对一个位于限位挡条的顶面上方，螺纹孔内螺纹连接螺栓13，为了便于操作，螺栓为可手拧的蝴蝶螺栓，螺栓的螺杆底端压紧在限位挡条的顶面。

优选地，限位挡条的顶面设置有与螺纹孔位置对应的定位孔114，螺栓的螺杆底端对应插入定位孔内，其结构设置使得板体阻挡在凵型底座的另一端口处后，7字型板体板体可得到定位，也防止板体发生移动，并且型杆的横向部两端分别与板体和挡板抵触，以牢固定位整体环视拍摄装置，同时，当该环视拍摄装置需要从汽车顶棚拆卸时，仅需板体上拉进行抽离，从而即可将丄型杆的横向部从凵型底座上脱离，以进行拆卸环视拍摄装置，其中定位孔亦可是螺纹孔，为了板体定位更加稳固可靠，使得环视拍摄装置在汽车顶棚上固定也更为牢固可靠。

本实施例中，扣接板与盖板两者结合为一体式结构；丄型杆与底壳两者结合为一体式结构，且丄型杆的纵向部与底壳的底面之间设置加强筋22；其设置充分提升结构强度。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动巡检无人船，包括船体、设置于船体尾端两侧的动力航向装置、以及设置于船体内的中控模块、蓄电池和无线通信模块，其特征在于，船体的顶部固定有安装架体，安装架体的前后两端固定有防抖云台，两防抖云台上分别安装SLAM激光扫描装置和六镜头环视拍摄装置，船体的前端和两侧均固定有毫米波雷达探头，SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、毫米波雷达探头和动力航向装置均与中控模块相连，且蓄电池分别对SLAM激光扫描装置、六镜头环视拍摄装置、毫米波雷达探头、动力航向装置和中控模块进行供电。

2.根据权利要求1所述的自动巡检无人船，其特征在于，防抖固定云台包括外云台、内云台和连接底板，外云台和内云台扣合固定后形成内腔，内腔中由上至下设置有带有阻尼液的阻尼筒，阻尼筒内设置有剪切盘，阻尼筒的贯穿孔处设置有T型套，剪切盘的连接轴贯穿T型套的内孔和内云台后与连接底板的螺栓孔螺纹连接，T型套的纵向部外周侧与贯穿孔内侧壁紧贴，连接底板通过螺栓与安装架体固定相连，剪切盘直径小于阻尼筒直径。

3.根据权利要求1所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，SLAM激光扫描装置采用GeoSLAM的ZEB-REVO手持式激光SLAM扫描仪，且GeoSLAM的ZEB-REVO手持式激光SLAM扫描仪的柱体底端盘体通过螺栓与防抖固定云台的顶面固定相连。

4.根据权利要求1所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，毫米波雷达采用Nanoradar的SP25短距K波段毫米波雷达传感器。

5.根据权利要求1所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，无线通信模块采用WIFI无线模块。

6.根据权利要求1所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，中控模块采用ARM控制器。

7.根据权利要求1所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，动力航向装置包括推进套筒、安装于推进套筒内的直流无刷电机、安装于直流无刷电机的转轴上的桨叶、安装在船体尾端底部的舵机和安装在舵机转轴上的航向叶片，推进套筒的端部连接板通过螺栓与船体尾端固定相连。

8.根据权利要求1所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，六镜头环视拍摄装置包括盖板、底壳和透明环套，透明环套的顶部和底部分别与盖板底面的边侧和底壳的套体顶端进行定位，盖板的底面周侧环形阵列设置有四块扣接板，底壳的套体外周侧环形阵列设置有四个扣块，各扣接板的底端扣孔分别与各扣块对应扣接；底壳的内腔中固定有电路板，电路板的顶面固定有四个环形阵列设置的卡扣板，卡扣板上设置有U型孔，U型孔的开口内侧壁设置有卡位块，且各U型孔内设置六个摄像头，摄像头的拍摄部位朝向透明环套，电路板的顶面中间位置固定有四个环形阵列设置的插座，各插座的位置分别与各卡扣板的位置对应，且摄像头的尾端设置有连接线缆，连接线缆的尾端设置有与插座对应匹配的插接头，且插接头对应插接在插座的插孔内，且插接头对应插接在插座的插孔内，各插座的连接线分别与中控模块相连。

9.根据权利要求8所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，盖板的底面轴承和底壳的套体顶端均嵌设有环形密封圈，环形密封圈上朝向透明环套的一侧设置环槽，且透明环套的端部对应嵌入环槽内，环槽的内侧壁与透明环套的侧壁紧贴。

10.根据权利要求8所述的一种自动巡检无人船，其特征在于，底壳的底端设置有丄型杆；还包括凵型底座，凵型底座的一端口处通过设置挡板后被封堵，凵型底座的纵向部顶端内侧设置限位挡条，当丄型杆的横向部由凵型底座的另一端口卡入至限位挡条与凵型底座的横向部顶面之间后，凵型底座的一端口进行可拆卸式固定板体，板体的侧面与丄型杆的横向部一端抵触；限位挡条上位于板体的位置处设置开口，板体的侧壁插入开口内定位；板体采用7字型板体，其横向部两端具有螺纹孔，螺纹孔的位置分别对一个位于限位挡条的顶面上方，螺纹孔内螺纹连接螺栓，螺栓的螺杆底端压紧在限位挡条的顶面；限位挡条的顶面设置有与螺纹孔位置对应的定位孔，螺栓的螺杆底端对应插入定位孔内；凵型底座的横向部顶面设置多个沉孔。

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