無人船自動(dòng)停泊充電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種無人船自動(dòng)停泊充電裝置，屬于船用電氣設(shè)施領(lǐng)域，它能夠?qū)崿F(xiàn)無人船自動(dòng)接駁、分離，完成停泊、充電、起航的完整過程。無人船自動(dòng)停泊充電裝置包括碼頭裝置和船載裝置，碼頭裝置包括地面電源、連接片、環(huán)路檢測(cè)電阻、電源線、浮船；連接片設(shè)置于浮船上，連接片經(jīng)電源線與地面電源相連；船載裝置包括電磁吸盤、電磁線圈、船載控制器、船載電源電池組、電源線，電磁吸盤設(shè)置于無人船船首前端左右兩端，電磁吸盤經(jīng)電源線與船載控制器相連，電磁吸盤內(nèi)置電磁線圈，電磁線圈經(jīng)電源線與船載控制器相連，船載控制器與船載電源電池組經(jīng)電源線相連，船載控制器有與船控模塊通訊的接口。
【專利說明】
無人船自動(dòng)停泊充電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于船用電氣設(shè)施領(lǐng)域，具體涉及一種使無人船實(shí)現(xiàn)無需人工干預(yù)的無人船自動(dòng)停泊充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)、無人車、無人船發(fā)展的如火如荼，小型無人船多以電池組為動(dòng)力源，目前階段的無人船停泊與充電均依賴于人工干預(yù)，工作效率及可靠性不足，為實(shí)現(xiàn)無人船長期無人自動(dòng)作業(yè)，首先需要解決無人船自動(dòng)停泊與充電技術(shù)，無人船自動(dòng)停泊充電裝置要求具備導(dǎo)航定位偏差自適應(yīng)能力、具備水位變化自適應(yīng)能力、具備波浪動(dòng)能吸收能力、具備無人船接駁動(dòng)能吸收能力、具備接駁分離與無人船動(dòng)力聯(lián)控能力、實(shí)現(xiàn)快速拆裝且無安裝精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了提供一種滿足上述需求的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)無人船自主進(jìn)行接駁、分離，完成自動(dòng)停泊、脫錨自動(dòng)再停泊、充電、起航的完整過程。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的:無人船自動(dòng)停泊充電裝置，包括碼頭裝置和船載裝置，所述碼頭裝置包括地面電源、左連接片、右連接片、環(huán)路檢測(cè)電阻、電源線、浮船，所述左連接片、右連接片設(shè)置于浮船上，通過螺栓及支架固定，連接片與支架間設(shè)置絕緣體，左連接片、右連接片經(jīng)電源線與地面電源正負(fù)極相連，地面電源與市電相連，浮船通過纜繩或固定粧定位;所述船載裝置包括左電磁吸盤、右電磁吸盤、左電磁線圈、右電磁線圈、船載控制器、船載電源電池組、電源線，所述左電磁吸盤、右電磁吸盤設(shè)置于無人船船首前端左右兩端，左電磁吸盤、右電磁吸盤經(jīng)電源線與船載控制器相連，左電磁吸盤、右電磁吸盤內(nèi)置電磁線圈，電磁線圈經(jīng)電源線與船載控制器相連，船載控制器與船載電源電池組經(jīng)電源線相連，船載控制器有與船控模塊通訊的接口。
[0005]在上述技術(shù)方案中，所述地面電源為電壓值滿足國標(biāo)安全限制的直流電源，最大電流值滿足船載電源電池組充電技術(shù)要求，地面電源輸入端經(jīng)電源線與市電相連，地面電源輸出端經(jīng)電源線與左連接片、右連接片相連。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述左連接片和右連接片為矩形導(dǎo)磁不銹鋼鋼板，高度大于等于無人船船首滿載吃水與空載吃水差+200mm，長度大于等于200mm，設(shè)置于浮船側(cè)面且底部高于水線300mm以上，左連接片與右連接片中心間距等于左電磁吸盤與右電磁吸盤中心間距，左連接片、右連接片與環(huán)路檢測(cè)電阻相連，左連接片、右連接片經(jīng)電源線與地面電源正負(fù)極相連。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述浮船長度大于等于左電磁吸盤與右電磁吸盤中心間距+單個(gè)連接片長度，寬度大于等于浮船吃水的1.5倍，浮船艙底適當(dāng)配重，船首及船尾分別由纜繩或固定粧定位。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述左電磁吸盤和右電磁吸盤為導(dǎo)磁不銹鋼，設(shè)置于無人船船首前端左右兩端，通過螺栓與船體連接固定，與船體間設(shè)置絕緣體，且底部高度在滿載時(shí)高于連接片底部高度100mm，左電磁吸盤、右電磁吸盤經(jīng)電源線與船載控制器相連，電磁吸盤內(nèi)嵌安裝電磁線圈，電磁線圈的吸力根據(jù)無人船的在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速、水流及波浪作用下的側(cè)傾、俯仰、搖擺能量確定，電磁線圈通過電源線與船載控制器相連。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述船載控制器以微處理器作為控制核心，該控制器與左電磁吸盤、右電磁吸盤、左電磁線圈、右電磁線圈、船載電源電池組通過電源線相連，該控制器與船控模塊通訊接口相連。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述船載控制器包括板載保險(xiǎn)管、分壓電阻、穩(wěn)壓管、接駁檢測(cè)端子、單向保護(hù)二極管、充電繼電器、地面電源優(yōu)先二極管、放電二極管、接駁控制端子、達(dá)林頓管。
[0011 ]當(dāng)無人船需要返航停泊時(shí)，船控模塊控制無人船根據(jù)自動(dòng)記憶返回本次航程出發(fā)碼頭，到達(dá)碼頭設(shè)定半徑范圍時(shí)，船控模塊調(diào)整無人船姿態(tài)，并根據(jù)三軸加速度控制推進(jìn)器及舵機(jī)輸出，無人船減速駛向碼頭，同時(shí)船控模塊向船載控制器發(fā)送停泊指令，船載控制器接通左電磁線圈、右電磁線圈電源，當(dāng)無人船2個(gè)電磁吸盤與浮船2個(gè)連接片均接近后，無人船電磁吸盤與浮船連接片吸合，船載控制器檢測(cè)單元通過電壓檢測(cè)確認(rèn)無人船2個(gè)電磁吸盤與浮船2個(gè)連接片均可靠吸合后，發(fā)送完成接駁信號(hào)給船控模塊，船控模塊停止無人船推進(jìn)器輸出，地面電源經(jīng)電源線、連接片、電磁吸盤、電源線、板載保險(xiǎn)管及單向保護(hù)二極管向無人船供電，電磁線圈轉(zhuǎn)為地面電源供電優(yōu)先，2個(gè)電磁吸盤與浮船連接片的吸合完成無人船停泊。
[0012]當(dāng)無人船停泊中發(fā)生脫錨時(shí)，船載控制器檢測(cè)單元通過電壓檢測(cè)確認(rèn)無人船2個(gè)電磁吸盤與浮船2個(gè)連接片的環(huán)路已斷開后，發(fā)送再接駁信號(hào)給船控模塊，船控模塊啟動(dòng)無人船推進(jìn)器輸出，重復(fù)停泊過程，再次完成無人船停泊。
[0013]當(dāng)無人船完成停泊后，船載控制器檢測(cè)船載電源電池組剩余電量，當(dāng)船載電源電池組剩余電量小于等于設(shè)定下限時(shí)，閉合充電繼電器，由地面電源對(duì)船載電源電池組充電，當(dāng)船載電源電池組剩余電量大于等于設(shè)定上限時(shí)，斷開充電繼電器，完成船載電源電池組充電。
[0014]當(dāng)無人船需要起航時(shí)，船控模塊向船載控制器發(fā)送起航指令，船載控制器關(guān)閉左電磁線圈、右電磁線圈電源，無人船與浮船在風(fēng)力、水流、波浪作用下自由分離，船載控制器檢測(cè)單元通過電壓檢測(cè)確認(rèn)無人船2個(gè)電磁吸盤與浮船2個(gè)連接片的環(huán)路已斷開后，發(fā)送分離完成信號(hào)給船控模塊，船控模塊啟動(dòng)無人船推進(jìn)器倒車輸出，無人船倒車駛離停泊半徑后轉(zhuǎn)入計(jì)劃任務(wù)航行，完成起航。
[0015]本發(fā)明無人船自動(dòng)停泊充電裝置適用于精確導(dǎo)航定位的船控模塊無人船，對(duì)導(dǎo)航定位上下左右偏差均具有一定的自適應(yīng)能力，對(duì)水位變化適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)風(fēng)力、水流、波浪動(dòng)能適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)無人船接駁動(dòng)能有較高的吸收能力，與船控模塊通訊簡單，具有脫錨自動(dòng)再停泊功能，自主完成停泊、充電、起航的完整過程。滿足了無人船完成作業(yè)后自動(dòng)返航停泊及自動(dòng)起航功能需求，滿足了無人船長期不間斷無人作業(yè)的動(dòng)力源補(bǔ)給需求。
【附圖說明】
[0016]圖1為無人船自動(dòng)停泊充電裝置電氣原理框圖。
[0017]圖2為浮船側(cè)視示意圖。
[0018]圖3為無人船船前視示意圖。
[0019]圖4為雙體無人船船首與浮船接駁示意圖。
[0020]圖5為帶UPS無人船自動(dòng)停泊充電裝置電氣原理框圖。
[0021 ]圖6為雙體無人船船艙與浮船接駁示意圖。
[0022]圖7為單體無人船船首與浮船接駁示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0024]參見圖2、圖4，本實(shí)施例提供無人船自動(dòng)停泊充電裝置，包含碼頭裝置和船載裝置。如圖2所示，碼頭裝置包括地面電源1、左連接片2、環(huán)路檢測(cè)電阻3、右連接片4、浮船29，所述地面電源I輸入端與市電相連，地面電源I正極輸出與左連接片2通過電源線相連，地面電源I負(fù)極輸出與右連接片4，環(huán)路檢測(cè)電阻3與左連接片2和右連接片4相連，左連接片2、右連接片4設(shè)于浮船29側(cè)方，通過螺栓及支架固定，連接片與支架間設(shè)置絕緣體，浮船29通過纜繩或固定粧定位。
[0025]如圖1所示，船載裝置包括左電磁吸盤5、左電磁線圈6、右電磁吸盤7、右電磁線圈8、船載控制器9、船載電源保險(xiǎn)管10、船載電源電池組11、船載電源電池組正極12、船載電源電池組負(fù)極13、船用電源正極14、船用電源負(fù)極15，所述左電磁吸盤5、右電磁吸盤7設(shè)置于無人船30船首左右兩側(cè)最前端，螺栓固定，并與無人船30船體間設(shè)置絕緣體，電磁吸盤5內(nèi)置電磁線圈6，電磁吸盤7內(nèi)置電磁線圈8，電磁線圈6與電磁線圈8串聯(lián)，并經(jīng)電源線與船載控制器9相連，船載控制器9與船載電源電池組11經(jīng)電源線相連;所述船載控制器9包括板載保險(xiǎn)管16、分壓電阻17、穩(wěn)壓管18、分壓電阻19、接駁檢測(cè)端子20、單向保護(hù)二極管21、充電繼電器22、地面電源優(yōu)先二極管23、分壓電阻24、單向保護(hù)二極管25、放電二極管26、接駁控制端子27、達(dá)林頓管28。
[0026]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，如圖5所示，碼頭裝置包括帶有UPS的地面電源1、左連接片2、右連接片4、浮船29;船載裝置包括左電磁吸盤5、左電磁線圈6、右電磁吸盤7、右電磁線圈
8、船載控制器9、船載電源電池組11，所述左電磁吸盤5、右電磁吸盤7設(shè)置于無人船30船首左右兩側(cè)最前端，螺栓固定，并與無人船30船體間設(shè)置絕緣體，電磁吸盤5內(nèi)置電磁線圈6，電磁吸盤7內(nèi)置電磁線圈8，電磁線圈6與電磁線圈8并聯(lián)，并經(jīng)電源線與船載控制器9相連，船載控制器9與船載電源電池組11經(jīng)電源線相連;所述船載控制器9包括板載保險(xiǎn)管16、分壓電阻17、穩(wěn)壓管18、分壓電阻19、接駁檢測(cè)端子20、地面電源極性自適應(yīng)整流橋31、充電繼電器22、地面電源優(yōu)先二極管23、放電二極管26、接駁控制端子27、達(dá)林頓管28。
[0027]進(jìn)一步的技術(shù)方案可以是，如圖6所示，左連接片2-1、右連接片4-1、左電磁吸盤5、右電磁吸盤7、浮船29-1、無人船30，浮船29-1船體寬度小于無人船船30的雙體浮艙凈空，左連接片2-1、右連接片4-1的長度大于電磁吸盤水平長度+2倍的浮船29-1船體寬度與無人船船30的雙體浮艙凈空差，且小于浮船29-1船體寬度的一半；左電磁吸盤5和右電磁吸盤7設(shè)置于無人船30的雙體浮艙最前端的連接板上，螺紋固定，并與連接板間設(shè)置絕緣體，左電磁吸盤5與右電磁吸盤7的中心距等于左連接片2-1與右連接片4-1的中心距。
[0028]進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是，如圖7所示，左連接片2、右連接片4、左電磁吸盤5、右電磁吸盤7、浮船29、無人船30-1，左電磁吸盤5和右電磁吸盤7設(shè)置于無人船30的單體船最前端的左、右兩端，螺紋固定，并與船體間設(shè)置絕緣體;浮船29浮船長度大于等于左電磁吸盤5與右電磁吸盤7中心間距+左連接片2長度，左連接片2與右連接片4的中心距等于左電磁吸盤5與右電磁吸盤7的中心距。
[0029]本發(fā)明的工作原理是，當(dāng)無人船30返航時(shí)，通過船載控制器9的控制，左電磁吸盤5與左連接片2吸合，右電磁吸盤7右連接片4吸合，實(shí)現(xiàn)無人船停泊，左電磁吸盤5與左連接片
2、右電磁吸盤7右連接片4形成2個(gè)閉合電極，為無人船30提供電源。
[°03°]本發(fā)明的工作過程如下:按上述原理，當(dāng)無人船30電力不足需要補(bǔ)充電能時(shí)，或無人船30完成作業(yè)需要返航停泊時(shí)，船控模塊將自動(dòng)記憶的本次航程出發(fā)點(diǎn)設(shè)置為停泊點(diǎn)，控制無人船30返航，到達(dá)停泊點(diǎn)設(shè)定半徑范圍時(shí)，船控模塊調(diào)整無人船30姿態(tài)，并根據(jù)三軸加速度控制推進(jìn)器及舵機(jī)輸出，無人船30減速駛向停泊點(diǎn)，同時(shí)船控模塊向船載控制器9發(fā)送停泊指令，船載控制器9通過接駁控制端子27輸出高電平，使達(dá)林頓管28導(dǎo)通，接通左電磁線圈6、右電磁線圈8的電源，當(dāng)無人船30的左電磁吸盤5、右電磁吸盤7與浮船29的左連接片2、右連接片4接近后，無人船30的左電磁吸盤5與浮船29的左連接片2吸合、右電磁吸盤7與右連接片4吸合，當(dāng)?shù)孛骐娫碔正常時(shí)，地面電源I正極經(jīng)左連接片2—一左電磁吸盤5—一板載保險(xiǎn)管16—一分壓電阻17—一分壓電阻19一一船載控制器地一一單向保護(hù)二極管25一一右電磁吸盤7—一右連接片4一一地面電源負(fù)極形成回路，接駁檢測(cè)端子20變?yōu)楦唠娖?，確認(rèn)停泊完成，無人船30推進(jìn)器停止輸出；當(dāng)?shù)孛骐娫碔斷電時(shí)，船載電源電池組11船載電源電池組正極12經(jīng)船載電源保險(xiǎn)管10—一地面電源優(yōu)先二極管23—一分壓電阻24—一右電磁吸盤7—一右連接片4一一環(huán)路檢測(cè)電阻3—一左連接片2—一左電磁吸盤5—一板載保險(xiǎn)管16—一分壓電阻17—一分壓電阻19一一船載控制器地一一船載電源電池組負(fù)極13形成回路，接駁檢測(cè)端子20變?yōu)楦唠娖剑_認(rèn)停泊完成，無人船30推進(jìn)器停止輸出；當(dāng)無人船30停泊中發(fā)生脫錨時(shí)，接駁檢測(cè)端子20變?yōu)榈碗娖?，無人船30推進(jìn)器啟動(dòng)輸出，重新完成停泊;完成停泊后，如果地面電源I正常，則地面電源優(yōu)先二極管23截止，地面電源I正極經(jīng)左連接片2——左電磁吸盤5——板載保險(xiǎn)管16——單向保護(hù)二極管21為左電磁線圈6和右電磁線圈8供電；當(dāng)無人船30完成停泊后，當(dāng)船載電源電池組11剩余電量小于80%時(shí)，閉合充電繼電器22，由地面電源I對(duì)船載電源電池組11充電，當(dāng)船載電源電池組11剩余電量大于99%時(shí)，斷開充電繼電器22，完成船載電源電池組11充電；當(dāng)無人船30需要起航時(shí)，船控模塊向船載控制器9發(fā)送起航指令，船載控制器9接駁控制端子27輸出低電平，使達(dá)林頓管28截止，關(guān)閉左電磁線圈6、右電磁線圈8的電源，左電磁線圈6與右電磁線圈8的感應(yīng)電勢(shì)由放電二極管26釋放，無人船30與浮船29在風(fēng)力、水流、波浪的作用下自由分離，當(dāng)無人船30的左電磁吸盤5與浮船29的左連接片2、右電磁吸盤7與右連接片4斷開后，接駁檢測(cè)端子20變?yōu)榈碗娖?，確認(rèn)無人船30與浮船29分離完成，船載控制器9發(fā)送分離完成信號(hào)給船控模塊，船控模塊啟動(dòng)推進(jìn)器倒車輸出，無人船30倒車駛離停泊半徑后轉(zhuǎn)入計(jì)劃任務(wù)航行，完成起航。
[0031]本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明的精神和原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，如用于任意種類電磁吸附電極時(shí)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.無人船自動(dòng)停泊充電裝置，包括碼頭裝置和船載裝置，其特征是:所述碼頭裝置和船載裝置，所述碼頭裝置包括地面電源、左連接片、右連接片、環(huán)路檢測(cè)電阻、電源線、浮船，所述左連接片、右連接片設(shè)置于浮船上，通過螺栓及支架固定，連接片與支架間設(shè)置絕緣體，左連接片、右連接片經(jīng)電源線與地面電源正負(fù)極相連，地面電源與市電相連，浮船通過纜繩或固定粧定位;所述船載裝置包括左電磁吸盤、右電磁吸盤、左電磁線圈、右電磁線圈、船載控制器、船載電源電池組、電源線，所述左電磁吸盤、右電磁吸盤設(shè)置于無人船船首前端左右兩端，左電磁吸盤、右電磁吸盤經(jīng)電源線與船載控制器相連，左電磁吸盤、右電磁吸盤內(nèi)置電磁線圈，電磁線圈經(jīng)電源線與船載控制器相連，船載控制器與船載電源電池組經(jīng)電源線相連，船載控制器有與船控模塊通訊的接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，其特征是:所述地面電源為電壓值滿足國標(biāo)安全限制的直流電源，最大電流值滿足船載電源電池組充電技術(shù)要求，地面電源輸入端經(jīng)電源線與市電相連，地面電源輸出端經(jīng)電源線與左連接片、右連接片相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，其特征是:所述左連接片和右連接片為矩形導(dǎo)磁不銹鋼鋼板，高度大于等于無人船船首滿載吃水與空載吃水差+200mm，長度大于等于200mm，設(shè)置于浮船側(cè)面且底部高于水線300mm以上，左連接片與右連接片中心間距等于左電磁吸盤與右電磁吸盤中心間距，左連接片、右連接片與環(huán)路檢測(cè)電阻相連，左連接片、右連接片經(jīng)電源線與地面電源正負(fù)極相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，其特征是:所述浮船長度大于等于左電磁吸盤與右電磁吸盤中心間距+單個(gè)連接片長度，寬度大于等于浮船吃水的1.5倍，浮船艙底適當(dāng)配重，船首及船尾分別由纜繩或固定粧定位。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，其特征是:所述左電磁吸盤和右電磁吸盤為導(dǎo)磁不銹鋼，設(shè)置于無人船船首前端左右兩端，通過螺栓與船體連接固定，與船體間設(shè)置絕緣體，且底部高度在滿載時(shí)高于連接片底部高度100mm，左電磁吸盤、右電磁吸盤經(jīng)電源線與船載控制器相連，電磁吸盤內(nèi)嵌安裝電磁線圈，電磁線圈的吸力根據(jù)無人船的在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速、水流及波浪作用下的側(cè)傾、俯仰、搖擺能量確定，電磁線圈通過電源線與船載控制器相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，其特征是:所述船載控制器以微處理器作為控制核心，該控制器與左電磁吸盤、右電磁吸盤、左電磁線圈、右電磁線圈、船載電源電池組通過電源線相連，該控制器與船控模塊通訊接口相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人船自動(dòng)停泊充電裝置，其特征是:所述船載控制器包括板載保險(xiǎn)管、分壓電阻、穩(wěn)壓管、接駁檢測(cè)端子、單向保護(hù)二極管、充電繼電器、地面電源優(yōu)先二極管、放電二極管、接駁控制端子、達(dá)林頓管。
【文檔編號(hào)】B63H21/17GK106005343SQ201610572632
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】周長賓
【申請(qǐng)人】周長賓