水面无人艇航向控制装置及控制方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种水面无人艇航向控制装置。

背景技术：
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水面无人艇主要应用于水上搜救、应急、巡航、测量等领域，水面无人艇在航行过程中，经常会遇到船舶通航密度大、航道弯曲、浅窄航段较多、气象和水文环境复杂（如长江中下游航段、浙北水网航道、港口进出港航道等）的情形，此时，为保证无人艇的航行稳定性和安全性，要求无人艇在航向控制方面应具备很高的机动性和鲁棒性。

现有技术中，水面无人艇的航向控制通常是利用专门的舵装置或者喷水转向装置来实现的，这种航向控制方式通常存在以下缺陷：

1.机动性能不强，舵装置或者喷水转向装置难以有效实现无人艇在较短时间和较小范围内实现大幅度转向；

2.舵向精准性较差，在复杂环境下，由于舵向精准性较差而极易发生偏离预设航线的现象，严重时，还会发生水上交通事故。

轻量化是衡量无人艇性能高低的重要指标之一，配置专门的舵装置或者喷水转向装置不仅加大了无人艇的重量，还增大了燃料消耗，同时也增加了无人艇的维护保养费用。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种水面无人艇航向控制装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种水面无人艇航向控制装置，其组成包括：甲板，所述的甲板上部固定有主固定盘和副固定盘，所述的主固定盘下部设置有主转盘，所述的主固定盘下表面具有一圈360个主红外接收开关，所述的主转盘上表面固定有主红外发射开关，所述的副固定盘下部设置副转盘，所述的副固定盘下表面具有一圈360个副红外接收开关，所述的副转盘上表面固定有副红外发射开关，所述的主转盘与所述的副转盘相啮合。

所述的水面无人艇航向控制装置，所述的主转盘与中心轴固定连接，所述的中心轴与所述的甲板通过轴承连接。

所述的水面无人艇航向控制装置，所述的副转盘与固定轴固定连接，所述的固定轴与减速电机的输出轴固定。

所述的水面无人艇航向控制装置，所述的主转盘与所述的副转盘的齿数比为5:1-7:1。

所述的水面无人艇航向控制装置，所述的副固定盘位于所述的主固定盘与所述的主转盘之间。

一种水面无人艇航向控制装置的控制方法，在需要调整航向时，根据需要调整航向的角度，根据需要调整的整数角度选择与主红外发射开关之间呈整数夹角的主红外接收开关启动，启动减速电机，副转盘带动主转盘转动，主红外发射开关与开启的主红外接收开关相对后停止转动，整数角度调整完毕；

根据需要调整航向的小数角度，主转盘转动的角度与副转盘转动的角度比为1：-1:7，这样根据航向的小数角度副转盘需要转动5-7倍的角度，选择与副固定盘的副红外发射开关之间夹角为小数角度的5-7倍即可实现小数角度的调整。

有益效果：

1.本发明通过设置主红外接收开关和主红外发射开关相结合的形式形成红外对射开关，这样事先根据需要改变的航向计算好转动的角度，选择360个主红外接收开关哪个启动，然后启动电机使得副转盘带动主转盘转动，主红外发射开关与开启的主红外接收开关相对后停止转动，可以调整转动的整数角度。

本发明设置副红外接收开关和副红外发射开关相结合形成红外对射开关，例如需要转动30.5°，这样主红外发射开关与开启的主红外接收开关相对后转动30°，然后每主转盘转动0.5°副转盘转动5-7倍的角度，这样选择好哪一个副红外接收开关启动可以实现剩余角度的精准调整。

本发明角度调整精准，并且调整稳定，在螺旋桨转动的情况下，可实现无人艇360°快速原地旋回，同时控制精度更高，无人艇转向更为精准。

本发明将无人艇的驱动和转向装置进行一体化配置，减轻了无人艇的重量，节省了燃料消耗，同时该结构还操作简单、维护便捷。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的主视图；

图中：1、主红外接收开关；2、中心轴；3、主固定盘；4、甲板；5、主转盘；6、主红外发射开关；7、副固定盘；8、副红外接收开关；9、副红外发射开关；10、副转盘；11、固定轴；12、减速电机；13、舱角测量仪；14、吊舱；15、圆锥形面；16、传动轴；17、螺旋桨；18、防撞板。

具体实施方式：

实施例1：

一种水面无人艇航向控制装置，其组成包括：甲板4，所述的甲板上部固定有主固定盘3和副固定盘7，所述的主固定盘下部设置有主转盘5，所述的主固定盘下表面具有一圈360个主红外接收开关1，所述的主转盘上表面固定有主红外发射开关6，所述的副固定盘下部设置副转盘10，所述的副固定盘下表面具有一圈360个副红外接收开关8，所述的副转盘上表面固定有副红外发射开关9，所述的主转盘与所述的副转盘相啮合。

实施例2：

根据实施例1所述的水面无人艇航向控制装置，所述的主转盘与中心轴2固定连接，所述的中心轴与所述的甲板通过轴承连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的水面无人艇航向控制装置，所述的副转盘与固定轴11固定连接，所述的固定轴与减速电机12的输出轴固定，中心轴上端端部通过联轴器安装有舵角测量仪13，中心轴下端位于甲板下方的轴体上连接有吊舱14，吊舱具有圆柱形舱体，舱体面向无人艇船艏一端的舱头为圆锥形面15，舱体面向无人艇船艉一端的舱尾为弧形面，吊舱内部设有直流电机，直流电机输出轴通过传动轴16连接有螺旋桨17，在吊舱舱底下表面沿无人艇艇长方向设有鳍型防撞板18，鳍型防撞板的离地间距小于螺旋桨桨叶的离地间距。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的水面无人艇航向控制装置，所述的主转盘与所述的副转盘的齿数比为5:1-7:1。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的水面无人艇航向控制装置，所述的副固定盘位于所述的主固定盘与所述的主转盘之间。

实施例6：

一种水面无人艇航向控制装置的控制方法，在需要调整航向时，根据需要调整航向的角度，根据需要调整的整数角度选择与主红外发射开关之间呈整数夹角的主红外接收开关启动，启动减速电机，副转盘带动主转盘转动，主红外发射开关与开启的主红外接收开关相对后停止转动，整数角度调整完毕；

根据需要调整航向的小数角度，主转盘转动的角度与副转盘转动的角度比为1：-1:7，这样根据航向的小数角度副转盘需要转动5-7倍的角度，选择与副固定盘的副红外发射开关之间夹角为小数角度的5-7倍即可实现小数角度的调整。

技术特征：

1.一种水面无人艇航向控制装置，其组成包括：甲板，其特征是：所述的甲板上部固定有主固定盘和副固定盘，所述的主固定盘下部设置有主转盘，所述的主固定盘下表面具有一圈360个主红外接收开关，所述的主转盘上表面固定有主红外发射开关，所述的副固定盘下部设置副转盘，所述的副固定盘下表面具有一圈360个副红外接收开关，所述的副转盘上表面固定有副红外发射开关，所述的主转盘与所述的副转盘相啮合。

2.根据权利要求1所述的水面无人艇航向控制装置，其特征是：所述的主转盘与中心轴固定连接，所述的中心轴与所述的甲板通过轴承连接。

3.根据权利要求2所述的水面无人艇航向控制装置，其特征是：所述的副转盘与固定轴固定连接，所述的固定轴与减速电机的输出轴固定。

4.根据权利要求3所述的水面无人艇航向控制装置，其特征是：所述的主转盘与所述的副转盘的齿数比为5:1-7:1。

5.根据权利要求4所述的水面无人艇航向控制装置，其特征是：所述的副固定盘位于所述的主固定盘与所述的主转盘之间。

6.一种权利要求1-5所述的水面无人艇航向控制装置的控制方法，其特征是：在需要调整航向时，根据需要调整航向的角度，根据需要调整的整数角度选择与主红外发射开关之间呈整数夹角的主红外接收开关启动，启动减速电机，副转盘带动主转盘转动，主红外发射开关与开启的主红外接收开关相对后停止转动，整数角度调整完毕；

根据需要调整航向的小数角度，主转盘转动的角度与副转盘转动的角度比为1：-1:7，这样根据航向的小数角度副转盘需要转动5-7倍的角度，选择与副固定盘的副红外发射开关之间夹角为小数角度的5-7倍即可实现小数角度的调整。

技术总结
水面无人艇航向控制装置及控制方法。水面无人艇的航向控制通常是利用专门的舵装置或者喷水转向装置来实现的，机动性能不强，舵装置或者喷水转向装置难以有效实现无人艇在较短时间和较小范围内实现大幅度转向，舵向精准性差。本发明组成包括：甲板（4），甲板上部固定有主固定盘（3）和副固定盘（7），主固定盘下部设置有主转盘（5），主固定盘下表面具有一圈360个主红外接收开关（1），主转盘上表面固定有主红外发射开关（6），副固定盘下部设置副转盘（10），副固定盘下表面具有一圈360个副红外接收开关（8），副转盘上表面固定有副红外发射开关（9），主转盘与所述的副转盘相啮合。本发明用于水面无人艇的航向控制。

技术研发人员：尹莉莉;李鹏;顾恒文;黄海;马超
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.05.23
技术公布日：2020.12.11