TWM589680U

TWM589680U - 水下載具之省電裝置

Info

Publication number: TWM589680U
Application number: TW108207156U
Authority: TW
Inventors: 李文嵩
Original assignee: 貫閎科技股份有限公司
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-01-21

Abstract

本創作一種水下載具之省電裝置，包括一水下載具包含有電性聯結的控制系統、動力單元及驅動該動力單元所需之電池，控制系統控制動力單元驅動水下載具時產生一驅動單元輸出值；控制系統包含有計算單元、三軸加速度感應陀螺儀及內建的一水下載具重量值，計算單元以該驅動單元輸出值、水下載具重量值計算產生一換算加速度值，三軸加速度感應陀螺儀以小於0.5秒的時間間隔偵測水下載具的航行加速度一次，並產生一航行加速度值，控制系統比較換算加速度值與航行加速度值，據以調整驅動單元輸出值至最佳動力輸出比例，達到電力的節省及續航力的延長。

Description

水下載具之省電裝置

本創作涉及水下載具設備的技術領域，尤其涉及一種透過精密的慣性演算，針對水下載具的速度控制操作達到最佳動力輸出比例之省電裝置。

海洋佔地球表面積的71%，它擁有14億立方公里的體積，而且海底及海洋中蘊藏著極其豐富的生物資源及6000億噸的礦產資源。由於海底擁有豐富的資源，使得近年來水下探測便成為現今許多科學家所致力發展的科學計畫之一。

早期的水下作業大多由潛水人員來執行，但是潛水人員的工作範圍受到限制且工作時間短，而且具有極高之危險性。因此，許多研發團隊便發展出了水下載具。水下載具分為有人載具以及無人載具。其中，無人載具更可分為遠端操控式無人載具(Remotely Operated Vehicle，ROV)及自主式無人載具(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)等二類。其中，由於自主式無人載具可運行的範圍比遠端操控式無人載具來的廣闊，成為許多研究單位的開發重點，用以提供用來進行各種不同的任務，如進行水下之目標物之搜尋辨識及調查，用於進行海底沉物目標搜索、海底金屬探測採集、海底地形調查、海洋生態調查、海底熱泉探測、以及海底地形調查等等。

水下載具的水下定位一般係利用聲波由已知定位之發射器發射特定聲波訊號給自主水下載具，載具收到聲波訊號開始計算其在水下與發射器之相對距離與方位並回傳資訊以推算水下位置。

而其動力系統一般利用電池帶動的馬達帶動螺旋槳旋轉，進而使螺旋槳旋轉動以推動水的反作用力使載具移動；由於電池的能源儲存和功率密度基本上受到限制，一般的使用時效大約只有8小時的續航力。而所帶動螺旋槳的航行速度，以下潛航行至下水下3000公尺深度時，單程大約須耗時2~3小時來說，實際使用上扣除來回各耗費2~3小時，如果再扣除水下任務的作業因為受到洋流推移及本身重量下沉位移而偏離作業位置致使無法進行任務的干擾，所造成時間、電力的無謂浪費，將使可執行任務的時間幾乎只剩下不超過2小時。

所以，如何避免水下載具電池電力的浪費，唯有從水下載具航行速度的控制下手，如何避免水下載具因為不當的速度控制所造成的電能無謂浪費而進行創新改良，是為本案所欲行解決的困難點所在。

本創作之主要目的，在透過精密的慣性演算對水下載具航行速度進行精密調控達到最佳動力輸出比例，有效達到電力的節省及水下載具續航力的延長。

為了達成上述之目的與功效，本創作水下載具之省電裝置，包括一水下載具包含有電性聯結的一控制系統、一動力單元以及提供驅動該動力單元運作所需之一電池，該控制系統控制動力單元驅動水下載具時產生一驅動單元輸出值。

該控制系統包含有電性聯結的一計算單元、一個三軸加速度感應陀螺儀，以及內建的一水下載具重量值，該計算單元計算該驅動單元輸出值、水下載具重量值並產生一換算加速度值，該三軸加速度感應陀螺儀以小於0.5秒的時間間隔偵測水下載具的航行加速度一次，並產生一航行加速度值，該控制系統比較該換算加速度值與航行加速度值，且控制系統判斷水下載具受到水中黏滯力與洋流阻力增減，並調整該驅動單元輸出值，於換算加速度值大於航行加速度值，則控制系統判斷水下載具受到水中黏滯力與洋流阻力增加，並放大該驅動單元輸出值，於換算加速度值小於航行加速度值，則控制系統判斷水下載具受到水中黏滯力與洋流阻力減少，並縮小該驅動單元輸出值。

根據上述針對本創作之描述下，本創作進一步的技術特徵在於，該動力單元包含一螺旋槳及驅動該螺旋槳旋轉的一變頻馬達。

根據上述針對本創作之描述下，本創作進一步的技術特徵在於，該驅動單元輸出值為該變頻馬達驅動該螺旋槳旋轉所能提供水下載具航行的動力。

根據上述針對本創作之描述下，本創作進一步的技術特徵在於，該控制系統進一步包含一計時器，用以進行時間間隔的設定與計算。

根據上述針對本創作之描述下，本創作進一步的技術特徵在於，該電池為充電電池。

(1)‧‧‧水下載具

(10)‧‧‧控制系統

(11)‧‧‧驅動單元輸出值

(12)‧‧‧計算單元

(A)‧‧‧換算加速度值

(13)‧‧‧三軸加速度感應陀螺儀

(a)‧‧‧航行加速度值

(14)‧‧‧水下載具重量值

(20)‧‧‧動力單元

(21)‧‧‧螺旋槳

(30)‧‧‧電池

第一圖為本創作之結構示意圖。

第二圖為本創作之系統方塊圖。

第三圖為本創作之航行示意圖。

關於本創作之結構組成、技術手段及功效達成方面，謹配合圖式再予舉例進一步具體說明於后：請參閱第一至二圖所示本創作一種水下載具之省電裝置，包括：一水下載具(1)包含有電性聯結的一控制系統(10)、一動力單元(20)以及提供驅動該動力單元(20)運作所需之一電池(30)，該控制系統(10)控制動力單元(20)驅動水下載具(1)時產生一驅動單元輸出值(11)。

該控制系統(10)包含有電性聯結的一計算單元(12)、一個三軸加速度感應陀螺儀(13)，以及內建的一水下載具重量值(14)，該計算單元(12)以該驅動單元輸出值(11)、水下載具重量值(14)計算產生一換算加速度值(A)，該三軸加速度感應陀螺儀(13)以小於0.5秒的時間間隔偵測水下載具(1)的航行加速度一次，並產生一航行加速度值(a)，該控制系統(10)比較該換算加速度值(A)與航行加速度值(a)，於換算加速度值(A)大於航行加速度值(a)，則控制系統(10)判斷水下載具(1)受到水中黏滯力與洋流阻力增加，並放大該驅動單元輸出值(11)，於換算加速度值(A)小於航行加速度值(a)，則控制系統(10)判斷水下載具(1)受到水中黏滯力與洋流阻力減少，並縮小該驅動單元輸出值(11)。

前述為本創作主實施例之主要技術特徵，其對應本案申請專利範圍第一項的內容，得以詳知本創作之目的與實施型態，而其餘附屬申請專利範圍所述的技術特徵是為對申請專利範圍第一項內容的詳述或附加技術特徵，而非用以限制申請專利範圍第一項的界定範圍，應知本案申請專利範圍第一項不必要一定包含其餘附屬申請專利範圍所述的技術特徵。

於下進一步細述本創作的各元件之特徵，在上述第一至二圖中，該控制系統(10)進一步包含一計時器(圖中未示)，用以進行時間間隔的設定與計算。再者，該電池(30)為充電電池。

另外，該動力單元(20)包含一螺旋槳(21)及驅動該螺旋槳(21)旋轉的一變頻馬達(圖未示)。而且，該驅動單元輸出值(11)為該變頻馬達驅動該螺旋槳(21)旋轉所能提供水下載具(1)航行的動力。

所以，根據公式F=mA，其中F即為驅動單元輸出值(11)，而m即為水下載具重量值(14)，因此該計算單元(12)以該驅動單元輸出值(11)、水下載具重量值(14)可計算產生一換算加速度值(A)。

配合三軸加速度感應陀螺儀(13)以小於0.5秒的時間間隔偵測水下載具(1)的航行加速度一次，並產生一航行加速度值(a)；而且，如第三圖所示，當水下載具(1)沿箭頭方向由圖中虛線位置航行至實線位置，即可由三軸加速度感應陀螺儀(13)偵測到一航行加速度值(a)。

因此，本創作水下載具(1)該控制系統(10)比較該換算加速度值(A)與航行加速度值(a)，該控制系統(10)能據以判斷水下載具(1)受到水中黏滯力與洋流阻力增減，而調整該驅動單元輸出值(11)。係於換算加速度值(A)大於航行加速度值(a)，則控制系統(10)判斷水下載具(1)受到水中黏滯力與洋流阻力增加，並放大該驅動單元輸出值(11)；另外，於換算加速度值(A)小於航行加速度值(a)，則控制系統(10)判斷水下載具(1)受到水中黏滯力與洋流阻力減少，並縮小該驅動單元輸出值(11)。

如上所述本創作水下載具(1)的速度控制，透過固定時間間隔(小於0.5秒)的慣性加速度精密演算，能使該驅動單元輸出值(11)的調整達到最佳動力輸出比例，據以避免水下載(1)具因為不平均的加速所造成電池(30)電能的無謂浪費。

再者，對於水下載具(1)在固定的作業位置執行任務時因為偏離作業位置，必須透過動力單元(20)驅動水下載具(1)抵抗水中黏滯力與洋流阻力回到作業位置而造成電能耗費；而本創作透過三軸加速度感應陀螺儀(13)以小於0.5秒的時間間隔偵測水下載具(1)的操作隨時對水中位置的偏移進行修正，也可避免造成電能的額外耗費。而且，能滅少因為偏離作業位置而中斷作業造成的時間延遲，而進一步加快完成執行任務的速度。

如上所述本創作控制系統(10)於固定時間間隔比較該換算加速度值(A)與航行加速度值(a)，且控制系統(10)判斷水下載具(1)受到水中黏滯力與洋流阻力增減，並調整該驅動單元輸出值(11)的操作，能突破目前水下載具(1)在水下作業使用上所的面臨電力續航力不足的困境及缺點，而達到以下優點：

1、使該驅動單元輸出值(11)的調整達到最佳動力輸出比例，據以避免水下載(1)具因為不平均的加速所造成電池(30)電能的無謂浪費，有效達到電力的節省及水下載具(1)續航力的延長。

2、進一步避免因為水下載具(1)偏離作業位置而中斷作業造成的時間延遲，以加快完成執行任務的速度。

由上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所做有關本創作之任何修飾或變更者，為其他可據以實施之型態且具有相同效果者，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇內。

綜上所述，本創作「水下載具之省電裝置」，其實用性及成本效益上，確實是完全符合產業上發展所需，且所揭露之結構創作亦是具有前所未有的創新構造，所以其具有「新穎性」應無疑慮，又本創作可較習用之結構更具功效之增進，因此亦具有「進步性」，其完全符合我國專利法有關新型專利之申請要件的規定，乃依法提起專利申請，並敬請鈞局早日審查，並給予肯定。