基于图像和激光传感器的无人艇自主加油系统的制作方法

本发明涉及一种基于图像和激光传感器融合，来确定无人艇加油装置具体位置，实现无人化的加油操作，从而提高水面无人艇的续航能力。属于无人艇应用技术领域。

背景技术：

随着我国对海洋力量的大力发展，多样化的海洋智能化装备应用而生。其中无人艇作为一种集海洋勘探、水质检测、海上巡逻和海上无人作战等功能于一体的现代化智能系统，也得到了迅速发展。由于现阶段的无人艇在体积和吨位上都属于小型设备，特别是在海洋这么辽阔的地域作业时，它的续航能力就显得尤为重要，直接决定着一项任务的完成与否。

大多情况下，无人艇在外出执勤的过程中会远离母艇，当油量不足时，则需要返回基地进行加油操作，这无疑会限制它的工作范围，对它的长时间和远距离的作业造成阻碍。为了提高无人艇的续航能力，本发明想通过使用无人供油飞行器携带燃油，抵达无人艇所在海域对其进行燃油补充。这既能提高无人艇的智能化水平，同时也减少了人力物力的投入，必定能为无人艇的任务执行提供更良好的保障。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于图像和激光传感器的无人艇自主加油系统，解决无人艇在执勤过程中因燃油不足而必须返航的问题，增加了无人艇的续航能力，提高了其自主化程度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于图像和激光传感器的无人艇自主加油系统，包括无人艇2和无人供油飞行器6，其特征在于：1）所述无人艇2上装有船载gps导航1、加油停机圆柱形凸台14和凸台上的绿色三角形标识15、油箱7、侧壁下部上装有低油量报警器3；2）所述无人供油飞行器6上装有储油罐4、机载gps导航10、小型激光雷达11和可旋式摄像头12；3）所述弹性加油管道5用于油箱7与储油罐4相连接；4）在无人艇2和无人供油飞行器6上，分别搭载一个控制箱2-1和控制箱6-1。控制箱6-1根据激光雷达11和摄像头12所传送过来的角度值和距离值来控制飞行器6旋翼的倾斜角度和飞行速度，当飞行器6降落在加油停机圆柱形凸台14上面时，停止机翼旋转，同时控制弹性加油管道5伸入无人艇2加油口。控制箱2-1在飞行器6降落后，控制加油口的自动打开，同时使固定夹紧装置13固定飞行器的位置。

在无人艇和无人供油飞行器上都配备有gps导航系统，可以实时地得到无人艇和飞行器的位置信息。当无人艇在航行过程中出现燃油量不足的情况时，无人艇会停止航行，并由艇上的低油量报警设备给母艇工作人员发送加油请求。工作人员根据无人艇返回的gps信息，出动无人供油飞行器到达指定水域。此时，装载在飞行器上的环境感知模块（激光和摄像头）对具体的降落点进行搜寻判断，由激光雷达判断出无人艇大致的距离和角度信息，抵近之后由摄像头根据艇甲板上的降落图案判断出具体的降落点，并慢速地降落在无人艇指定甲板上。然后由艇上的固定夹紧装置对供油飞行器的位置进行固定夹紧，就可以让加油弹射管道连通飞行器的输油口和无人艇上的进油口，实现对无人艇的燃油补给。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：摒弃了繁琐的人工加油操作，进而采用完全自主的加油方式，提高了无人艇的续航能力；自主加油的方式在减少人力物力投入的同时，加油过程也简单可操作；采用飞行器对无人艇加油的方式也提高了加油效率，相比艇对艇的方式速度更快，可操作性更强；系统整个加油过程完全自主完成，无需人为干预，可以进一步提高无人艇的自主性和智能化。

附图说明

图1为本发明中无人艇及无人供油飞行器示意图。

图2为本发明中供油飞行器各模块示意图。

图3为本发明中无人艇甲板示意图。

图4为本发明系统实现的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施过程，所述实施过程的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

一种基于图像和激光传感器的无人艇自主加油系统，包括无人艇2和无人供油飞行器6，其特征在于：1）所述无人艇2上装有船载gps导航1、加油停机圆柱形凸台14和凸台上的绿色三角形标识15、油箱7、侧壁下部上装有低油量报警器3；2）所述无人供油飞行器6上装有储油罐4、机载gps导航10、小型激光雷达11和可旋式摄像头12；3）所述弹性加油管道5用于油箱7与储油罐4相连接；4）在无人艇2和无人供油飞行器6上，分别搭载一个控制箱2-1和控制箱6-1。控制箱6-1根据激光雷达11和摄像头12所传送过来的角度值和距离值来控制飞行器6旋翼的倾斜角度和飞行速度，当飞行器6降落在加油停机圆柱形凸台14上面时，停止机翼旋转，同时控制弹性加油管道5伸入无人艇2加油口。控制箱2-1在飞行器6降落后，控制加油口的自动打开，同时使固定夹紧装置13固定飞行器的位置。

其中，图1-图3为本发明自主加油系统结构示意图和系统工作示意图，图4为本发明实现自主加油系统工作的流程图。

如图1-图3所示，本发明的基于图像和激光传感器的无人艇自主加油系统主要由无人艇和无人供油飞行器交互实现。

如图1所示，无人艇2上面搭载有船载gps导航1，可以向母艇人员发送艇的具体方位。无人艇的中间船舱内部是油箱7，靠近油箱7底部的位置是一个低油量报警器3，当燃油少于一定值时，报警器3会自动向母艇工作人员发送加油请求。

如图2所示，此装置为无人供油飞行器6。在无人供油飞行器6的顶部位置为一个球状的供给储油罐4，在飞行前在母艇上装满了燃油。供给输出口8与供给储油罐4的底部相连，作为补给时的出油口。机载gps导航10可以实时发送飞行器的具体方位。小型激光雷达11和可旋式摄像头12组成了此无人供油飞行器6的环境感知模块。根据无人艇搭载的gps导航发回的无人艇位置，飞行器6抵达目标水域。此时小型激光雷达11通过对点云的获取和聚类，得到待供油无人艇2与飞行器6的大致相对距离和方位，并由飞行器的底层控制系统让无人供油飞行器6慢速地飞抵近甲板上方位置。

如图3所示，为待供油无人艇2的俯视示意图。无人供油飞行器6最终需要降落的地点是加油停机圆柱形凸台14的上方位置，加油停机圆柱形凸台14表面画有一个绿色三角形的加油口识别图案15。飞行器6上面搭载标定过的可旋式摄像头12可以捕捉该绿色三角形图案。由于图案的颜色与甲板其他地方颜色的差别，在三角形边沿处像素的梯度会产生大的变化，通过比对和匹配，标定过的可旋式摄像头12能清楚地识别出三角形图案，并得出加油停机圆柱形凸台14与无人供油飞行器6的相对角度信息。最终降落在加油停机圆柱形凸台14的上方位置，为防止降落产生的冲撞，在无人供油飞行器6的四个降落支架底部装有缓冲脚垫9。降落成功后，由无人艇2上的固定夹紧装置13对飞行器进行固定，防止无人艇在水中的剧烈摇晃使得无人供油飞行器6出现位置偏差，影响后续的加油操作。最后，无人艇2自动打开加油停机圆柱形凸台14上的进油口，由弹性加油管道5对无人供油飞行器6和待供油无人艇2进行连通加油操作。

如图4所示为本发明实现方法的流程图，详细介绍如下：

s01:无人艇在航行的过程中，无人艇油箱7中的低油量报警器3提示无人艇的燃油量不足，随即停止航行，并向母艇工作人员发送加油请求，通过gps发送自身的位置信息；

s02:无人供油飞行器6接到补给指令，根据无人艇发送回来的位置信息，飞行到待供油无人艇2的目标水域，并通过环境感知系统寻找降落点。

s03:当无人供油飞行器降落在加油凸台14上方位置时，由无人艇上的固定夹紧装置13对飞行器进行固定夹紧，防止由于船的摇晃造成飞行器位置的偏差。

s04:待供油无人艇2打开加油停机圆柱形凸台14处加油口，供油飞行器6伸出弹性加油管道对无人艇进行加油操作。

s05:加油完成，飞行器飞离无人艇甲板，无人艇继续航行。