專利名稱：一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩用船，特別是人工操控與無人操控水面的一種人工 與自動導(dǎo)航兩用船。
背景技術(shù)：
在以往的船只設(shè)計當(dāng)中，只安裝手動操控系統(tǒng)或自動導(dǎo)航系統(tǒng)，單純 由人工操控的船只，由于其對操作人員的依賴，在用途方面存在局限性， 如無法進入危險區(qū)域，夜間作業(yè)危險性大等；單純由自動導(dǎo)航系統(tǒng)控制的 船只雖然能夠彌補人工操控船只的缺點，卻存在穩(wěn)定性差，可靠性低，工 作時間短，受能源供給限制等問題。而在由自動導(dǎo)航控制的無人船上安裝 人工操控系統(tǒng)，則可以相互彌補兩種模式各自的缺點，根據(jù)不同的任務(wù)選 擇合適的操作模式控制船只。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明提供一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，目 的是同時具備人工操控與自動導(dǎo)航的功能，可以以人工操作方式或自動導(dǎo) 航控制方式抵達水面指定位置，大大減少操作風(fēng)險，降低操作人員工作強度。
為達上述目的本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船， 由下述結(jié)構(gòu)構(gòu)成導(dǎo)航控制計算機，在自動導(dǎo)航狀態(tài)時接收控制信號并根 據(jù)位置航向傳感器的方向信號對電動伺服機構(gòu)發(fā)送控制信號，發(fā)送船只航行數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)并對地面工作站回傳的數(shù)據(jù)進行處理與執(zhí)行；位置 航向傳感器，對探測船只的位置方向并將位置方向信號傳送到導(dǎo)航控制計 算機；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在船只處于自動行使時將船只各項狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?地面工作站，同時接收地面工作站發(fā)送到導(dǎo)航計算機的命令數(shù)據(jù)；電動伺 服機構(gòu)，接收導(dǎo)航控制計算機的控制信號，并根據(jù)控制信號對動力系統(tǒng)進 行調(diào)整；動力系統(tǒng)，根據(jù)電動伺服機構(gòu)的控制進行調(diào)整，使船只進行正常 航行；人工操控系統(tǒng)，在人工操作狀態(tài)時對電動伺服機構(gòu)進行控制。
一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，還包括下述結(jié)構(gòu)模式轉(zhuǎn)換開關(guān)， 對是人工操控模式還是自動控制模式進行轉(zhuǎn)換，并將接收的人工操控系統(tǒng) 或?qū)Ш娇刂朴嬎銠C的控制信號傳送到電動伺服機構(gòu)。
所述的人工操控系統(tǒng)與模式轉(zhuǎn)換開關(guān)之間設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路。
所述的導(dǎo)航控制計算機控制模式有通過遙控接收機接收地面遙控信號 進行遙控控制或按照預(yù)先設(shè)訂的航線由導(dǎo)航控制計算機進行自動控制，同 時可通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實時更改航線。
所述的遙控接收機將接收到的遙控信號傳送到導(dǎo)航控制計算機。
所述的動力系統(tǒng)包括下述結(jié)構(gòu)與電動伺服機構(gòu)連接的調(diào)速器；與調(diào) 速器連接的電機，電機上設(shè)有傳動軸，在傳動軸上設(shè)有螺旋槳。
所述的位置航向傳感器與導(dǎo)航控制計算機的接口為RS232，位置航向傳 感器設(shè)在船體的前部。
所述的導(dǎo)航控制計算機內(nèi)儲存預(yù)先編制的航線信息，包括航跡、航速。
所述的導(dǎo)航控制計算機通過減震結(jié)構(gòu)與船體相連。
所述的信號轉(zhuǎn)換電路在人工操控模式時人工操縱手柄的位置由位置傳感器感知并轉(zhuǎn)換為P畫信號以驅(qū)動電動伺服機構(gòu)。
所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與導(dǎo)航控制計算機的接口為RS232。 所述的導(dǎo)航控制計算機自動發(fā)出TTL控制信號，用于各設(shè)備的通斷控制。
本發(fā)明的優(yōu)點效果本發(fā)明使兩種控制模式集成于同一船體之上，在 工作中兩種控制模式可以相互彌補各自缺點，相比于單一控制模式的船只， 工作范圍更大，工作效率及便捷性等都更具有優(yōu)勢，工作效果更好。這種 人工操控與自動導(dǎo)航兩用船可廣泛應(yīng)用于被污染水體或危險水體的樣品采 集、惡劣氣象條件下的人員搜救等工作，大大減少操作風(fēng)險，降低操作人 員工作強度。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中1、位置航向傳感器；2、船體；3、電源系統(tǒng)；4、導(dǎo)航控制計算
機；5、調(diào)速器；6、電機；7、傳動軸；8、螺旋槳；9、人工操控系統(tǒng)；10、 模式轉(zhuǎn)換開關(guān)；11、電動伺服機構(gòu)；12、遙控接收機；13、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)； 14、信號轉(zhuǎn)換電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進一步說明。
如圖所示本發(fā)明一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，由下述結(jié)構(gòu)構(gòu)成
導(dǎo)航控制計算機4，在自動導(dǎo)航狀態(tài)時接收的控制信號并根據(jù)位置航向傳感
器1的方向信號對電動伺服機構(gòu)11發(fā)送控制信號，同時發(fā)送船只航行數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)并執(zhí)行地面工作站發(fā)送的命令，導(dǎo)航控制計算機4內(nèi)儲存 預(yù)先編制的航線信息，包括航跡、航速，導(dǎo)航控制計算機4通過減震結(jié)構(gòu) 與船體2相連，導(dǎo)航控制計算機4自動發(fā)出TTL控制信號，用于各設(shè)備的 通斷控制；位置航向傳感器l，探測船只的位置方向并將位置方向信號傳送 到導(dǎo)航控制計算機4,位置航向傳感器1與導(dǎo)航控制計算機4的接口為 RS232，位置航向傳感器1設(shè)在船體2的前部；在導(dǎo)航計算機控制狀態(tài)下船 只的航行控制存在兩種模式 一種為遙控控制，即地面操作人員控制遙控 器發(fā)出行使指令，船上遙控接收機12將接收到的遙控信號傳送到導(dǎo)航控制 計算機4，由導(dǎo)航控制計算機4發(fā)出航行命令，另一種是自動控制模式，即 導(dǎo)航計算機4按照預(yù)先設(shè)訂輸入的航線控制船只自動航行，同時導(dǎo)航計算 機4也可接收由地面站通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)13發(fā)送的控制指令，實現(xiàn)對船只 自動航行航線的更改。地面發(fā)出遙控/自控切換指令后，可在遙控、自動控 制兩種控制模式間進行切換；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)13，在船只處于自動行使時負(fù) 責(zé)將船只各項狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，同時接收地面工作站發(fā)送到導(dǎo) 航計算機4的命令數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與導(dǎo)航控制計算機的接口為RS232; 電動伺服機構(gòu)ll，接收導(dǎo)航控制計算機4的控制信號，并根據(jù)控制信號對 動力系統(tǒng)進行調(diào)整；動力系統(tǒng)，根據(jù)電動伺服機構(gòu)11的控制進行調(diào)整，使 船只進行正常航行，動力系統(tǒng)包括與電動伺服機構(gòu)11連接的調(diào)速器5;與 調(diào)速器5連接的電機6，電機6上設(shè)有傳動軸7，在傳動軸7上設(shè)有螺旋槳 8;人工操控系統(tǒng)9，在人工操作狀態(tài)時對電動伺服機構(gòu)ll進行控制；模式 轉(zhuǎn)換開關(guān)10，對是人工操控模式還是自動控制模式進行轉(zhuǎn)換，并將接收的 人工操控系統(tǒng)9或?qū)Ш娇刂朴嬎銠C4的控制信號傳送到電動伺服機構(gòu)11;人工操控系統(tǒng)9與模式轉(zhuǎn)換開關(guān)10之間設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路14,信號轉(zhuǎn)換電 路14負(fù)責(zé)在人工操控模式時人工操縱手柄的位置由位置傳感器感知并轉(zhuǎn)換 為P麗信號以驅(qū)動電動伺服機構(gòu)11，由電動伺服機構(gòu)11調(diào)節(jié)調(diào)速器5，控 制電動機6轉(zhuǎn)速；電源系統(tǒng)導(dǎo)線與船上用電設(shè)備連接，為船只提供航行與 工作需要的電能。
本發(fā)明的工作原理船體上的連接部件都安裝了密封橡膠圈，船底配
重壓倉鐵塊，使船在航行中保持平衡，在被風(fēng)浪或海浪打翻的情況下，也
能自動翻回正位，船總長3.8m，重量500kg。導(dǎo)航控制計算機通過控制電 動伺服機構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)速器改變電機的轉(zhuǎn)速，電機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，螺旋槳將 電機的扭矩轉(zhuǎn)換為向前的推力，來實現(xiàn)對無人船的航向及航速的控制。地 面遙控器發(fā)出遙控、自控切換指令后，可在有人遙控與自動導(dǎo)航控制間進 行切換，同時電動伺服機構(gòu)再與人工操控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)人工控制動力系 統(tǒng)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，操控船只航行。船體轉(zhuǎn)向以調(diào)節(jié)兩電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。通 過裝載在船上的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)可選擇人工操控系統(tǒng)或自動控制系統(tǒng)控制動 力系統(tǒng)。船只處于自動操控時，船只將按照設(shè)定的航線自動航行，在需要 人工操作時，可通過船上的操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇人工操控系統(tǒng)進行操 作，此時自動控制系統(tǒng)停止工作，依靠船上工作人員操控船只，直接控制 舵機調(diào)節(jié)動力系統(tǒng)進行航行與作業(yè)。同樣，當(dāng)船只的控制需要由人工操控 模式改變?yōu)樽詣涌刂颇Ｊ綍r，將船上的操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)至自動操控狀 態(tài)下即可實現(xiàn)自動導(dǎo)航控制船只作業(yè)。
權(quán)利要求
1、一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在于由下述結(jié)構(gòu)構(gòu)成導(dǎo)航控制計算機，在自動導(dǎo)航狀態(tài)時接收控制信號并根據(jù)位置航向傳感器的方向信號對電動伺服機構(gòu)發(fā)送控制信號，發(fā)送船只航行數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)并對地面工作站回傳的數(shù)據(jù)進行處理與執(zhí)行；位置航向傳感器，對探測船只的位置方向并將位置方向信號傳送到導(dǎo)航控制計算機；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在船只處于自動行使時將船只各項狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，同時接收地面工作站發(fā)送到導(dǎo)航計算機的命令數(shù)據(jù)；電動伺服機構(gòu)，接收導(dǎo)航控制計算機的控制信號，并根據(jù)控制信號對動力系統(tǒng)進行調(diào)整；動力系統(tǒng)，根據(jù)電動伺服機構(gòu)的控制進行調(diào)整，使船只進行正常航行；人工操控系統(tǒng)，在人工操作狀態(tài)時對電動伺服機構(gòu)進行控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于還包括下述結(jié)構(gòu)模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，對是人工操控模式還是自動控制模式 進行轉(zhuǎn)換，并將接收的人工操控系統(tǒng)或?qū)Ш娇刂朴嬎銠C的控制信號傳送到 電動伺服機構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的人工操控系統(tǒng)與模式轉(zhuǎn)換開關(guān)之間設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的導(dǎo)航控制計算機控制模式有通過遙控接收機接收地面遙控信號進 行遙控控制或按照預(yù)先設(shè)訂的航線由導(dǎo)航控制計算機進行自動控制，同時 可通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實時更改航線。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的遙控接收機將接收到的遙控信號傳送到導(dǎo)航控制計算機。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的動力系統(tǒng)包括下述結(jié)構(gòu)與電動伺服機構(gòu)連接的調(diào)速器；與調(diào)速 器連接的電機，電機上設(shè)有傳動軸，在傳動軸上設(shè)有螺旋槳。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的位置航向傳感器與導(dǎo)航控制計算機的接口為RS232，位置航向傳感 器設(shè)在船體的前部。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的導(dǎo)航控制計算機內(nèi)儲存預(yù)先編制的航線信息，包括航跡、航速。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征在 于所述的導(dǎo)航控制計算機通過減震結(jié)構(gòu)與船體相連。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船，其特征 在于所述的信號轉(zhuǎn)換電路在人工操控模式時人工操縱手柄的位置由位置傳 感器感知并轉(zhuǎn)換為P麵信號以驅(qū)動電動伺服機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工操控與自動導(dǎo)航兩用船。由下述結(jié)構(gòu)構(gòu)成導(dǎo)航控制計算機，在自動導(dǎo)航狀態(tài)時接收控制信號并根據(jù)位置航向傳感器的方向信號對電動伺服機構(gòu)發(fā)送控制信號，發(fā)送船只航行數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)并對地面工作站回傳的數(shù)據(jù)進行處理與執(zhí)行；位置航向傳感器，對探測船只的位置方向并將位置方向信號傳送到導(dǎo)航控制計算機；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在船只處于自動行駛時將船只各項狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡荆瑫r接收地面工作站發(fā)送到導(dǎo)航計算機的命令數(shù)據(jù)；電動伺服機構(gòu)，接收導(dǎo)航控制計算機的控制信號，并根據(jù)控制信號對動力系統(tǒng)進行調(diào)整；動力系統(tǒng)，根據(jù)電動伺服機構(gòu)的控制進行調(diào)整，使船只進行正常航行。
文檔編號G01C21/20GK101430562SQ20071015806
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者劉鐵軍, 峰 史, 中 張, 剛 李, 段亞杰, 陳昌龍 申請人:沈陽航天新光集團有限公司