本發(fā)明涉及帆船風(fēng)帆控制，尤其涉及一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代無人帆船以風(fēng)能為主要動力源，因而具有綠色環(huán)保、續(xù)航時間長等特點，廣泛應(yīng)用于海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測、水文地理勘察、軍事偵察、反潛作戰(zhàn)等作業(yè)中。

2、與常規(guī)動力無人船相同，無人帆船同樣面臨著來自風(fēng)、浪、流的影響。但不同的是由于風(fēng)對帆的作用力和力矩較為復(fù)雜，風(fēng)對船帆的作用力并不會無時無刻都推動無人帆船前行，有時甚至?xí)蔀闊o人帆船前進的阻力。

3、在順風(fēng)時如何最大限度的利用風(fēng)能推動小船，在逆風(fēng)時如何最大限度減小風(fēng)對小船產(chǎn)生的阻力，以及如何降低控制風(fēng)帆帶來的能量消耗，在無人帆船的風(fēng)帆控制領(lǐng)域?qū)⒊蔀橐粋€重要的研究課題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)無人帆船風(fēng)帆的自動控制，且能夠盡可能的利用風(fēng)能推動無人帆船并降低風(fēng)帆控制中的能量損耗。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明所提出的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，包括絕對值編碼器、步進電機、支架、聯(lián)軸器、軸承座、風(fēng)帆桅桿和電控系統(tǒng)；所述支架為雙層板結(jié)構(gòu)；所述步進電機豎向設(shè)置在支架的下層板底部；所述絕對值編碼器設(shè)置在步進電機的底部；所述風(fēng)帆桅桿底端由上至下穿過支架的雙層板結(jié)構(gòu)后通過聯(lián)軸器與步進電機同軸連接；所述風(fēng)帆桅桿與支架的上層板之間通過軸承座連接；所述電控系統(tǒng)設(shè)置在無人帆船主控系統(tǒng)中，并分別與絕對值編碼器和步進電機連接。

4、進一步的，所述風(fēng)帆桅桿與聯(lián)軸器連接一端的上部外側(cè)同軸設(shè)置有失電剎車制動器；所述失電剎車制動器連接至電控系統(tǒng)。

5、進一步的，所述步進電機為雙出軸步進電機，其上端軸通過聯(lián)軸器連接風(fēng)帆桅桿，下端軸直接連接絕對值編碼器的輸入端。

6、進一步的，所述軸承座為雙軸承軸承座。

7、進一步的，所述電控系統(tǒng)包括主控芯片、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、串口信號互轉(zhuǎn)模塊、繼電器、信號放大模塊和驅(qū)動器；所述風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器均通過支架安裝在無人帆船的船頭，并直接與主控芯片連接；所述絕對值編碼器通過串口信號互轉(zhuǎn)模塊與主控芯片連接；所述步進電機依次通過驅(qū)動器和信號放大器與主控芯片連接；所述失電剎車制動器通過繼電器與主控芯片連接。

8、進一步的，所述主控芯片型號為stm32f103c8t6。

9、進一步的，所述絕對值編碼器輸出信號為rs485格式，并通過rs485&串口信號互轉(zhuǎn)模塊實現(xiàn)與主控芯片的通信。

10、進一步的，所述失電剎車制動器的工作電壓為24v。

11、進一步的，所述驅(qū)動器型號為dm542，其輸入信號要求大于5v。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

13、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對硬帆無人帆船風(fēng)帆的精確位置控制，從而盡可能的利用風(fēng)能推動船航行；同時能夠?qū)崿F(xiàn)飄帆功能以盡可能減小逆風(fēng)時風(fēng)對船帆的阻力；而且可適時斷電保持以實現(xiàn)盡可能的降低風(fēng)帆控制過程中不必要的電能損耗。

技術(shù)特征：

1.一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述裝置包括絕對值編碼器、步進電機、支架、聯(lián)軸器、軸承座、風(fēng)帆桅桿和電控系統(tǒng)；所述支架為雙層板結(jié)構(gòu)；所述步進電機豎向設(shè)置在支架的下層板底部；所述絕對值編碼器設(shè)置在步進電機的底部；所述風(fēng)帆桅桿底端由上至下穿過支架的雙層板結(jié)構(gòu)后通過聯(lián)軸器與步進電機同軸連接；所述風(fēng)帆桅桿與支架的上層板之間通過軸承座連接；所述電控系統(tǒng)設(shè)置在無人帆船主控系統(tǒng)中，并分別與絕對值編碼器和步進電機連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述風(fēng)帆桅桿與聯(lián)軸器連接一端的上部外側(cè)同軸設(shè)置有失電剎車制動器；所述失電剎車制動器連接至電控系統(tǒng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述步進電機為雙出軸步進電機，其上端軸通過聯(lián)軸器連接風(fēng)帆桅桿，下端軸直接連接絕對值編碼器的輸入端。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述軸承座為雙軸承軸承座。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述電控系統(tǒng)包括主控芯片、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、串口信號互轉(zhuǎn)模塊、繼電器、信號放大模塊和驅(qū)動器；所述風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器均通過支架安裝在無人帆船的船頭，并直接與主控芯片連接；所述絕對值編碼器通過串口信號互轉(zhuǎn)模塊與主控芯片連接；所述步進電機依次通過驅(qū)動器和信號放大器與主控芯片連接；所述失電剎車制動器通過繼電器與主控芯片連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述主控芯片型號為stm32f103c8t6。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述絕對值編碼器輸出信號為rs485格式，并通過rs485&串口信號互轉(zhuǎn)模塊實現(xiàn)與主控芯片的通信。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述失電剎車制動器的工作電壓為24v。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，其特征在于：所述驅(qū)動器型號為dm542，其輸入信號要求大于5v。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于步進電機的無人帆船風(fēng)帆控制裝置，包括絕對值編碼器、步進電機、支架、聯(lián)軸器、軸承座、風(fēng)帆桅桿和電控系統(tǒng)；支架為雙層板結(jié)構(gòu)；步進電機豎向設(shè)置在支架的下層板底部；絕對值編碼器設(shè)置在步進電機的底部；風(fēng)帆桅桿底端由上至下穿過支架的雙層板結(jié)構(gòu)后通過聯(lián)軸器與步進電機同軸連接；風(fēng)帆桅桿與支架的上層板之間通過軸承座連接；電控系統(tǒng)設(shè)置在無人帆船主控系統(tǒng)中，并分別與絕對值編碼器和步進電機連接。本發(fā)明可實現(xiàn)對硬帆無人帆船風(fēng)帆的精確位置控制，從而盡可能的利用風(fēng)能推動船航行；同時能夠?qū)崿F(xiàn)飄帆功能以盡可能減小逆風(fēng)時風(fēng)對船帆的阻力；而且可適時斷電保持以實現(xiàn)盡可能的降低風(fēng)帆控制過程中不必要的電能損耗。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧英杰,鄧永飛,趙丁選,徐藝菲,趙競一,李茯波,薛需耀,戴文濤
受保護的技術(shù)使用者：燕山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23