可以左右转动，通过内置电位器输出0-5V之间不同的模拟电压值表示航向控制手柄25转动的不同位置；平移控制手柄26安装于手柄终端右边，可以360度转动，通过内置电位器输出两个0-5V之间不同的模拟电压值表示平移控制手柄26在转动平面的不同位置；手柄终端嵌入式处理器27采用STM32芯片，安装在参数显示屏28下方，用于读取航向控制手柄25、平移控制手柄26的位置信息并转化为控制信号，通过手柄无线射频模块24发送至船载控制器13并将控制信号同步传输至参数显示屏28 ;参数显示屏28为LCD屏幕，安装于手柄终端正中间，显示控制信号和喷水推进装置各部件的工况；手柄终端电源开关29安装于手柄终端下部，控制手柄终端电源的通断；手柄终端电源接口 30安装在手柄终端右侧，为2.54-2P端子，可与锂电池相连为手柄终端提供电力。
[0033]所述航向控制手柄25是一个合成碳膜摇杆电位器，其中:电位器的电源正负极与手柄终端嵌入式处理器27的电源正负极相连，电位器的输出引脚与手柄终端嵌入式处理器27的引脚相连。
[0034]所述平移控制手柄26是一个合成碳膜摇杆电位器，其中:电位器的电源正负极与手柄终端嵌入式处理器27的电源正负极相连，电位器的输出引脚与手柄终端嵌入式处理器27的引脚相连。
[0035]所述参数显示屏28可以采用2.8寸TFTIXD显示屏。
[0036]所述船载控制器13装在喷水推进船体平台的船舯处，由船载无线射频模块14、船载嵌入式处理器12组成。船载无线射频模块14装在船载控制板的左上方，用于船载控制板与手柄终端嵌入式处理器27之间的通信，接收手柄无线射频模块24发送的控制信号并将喷水推进装置各部件的控制指令发送至手柄终端31。船载嵌入式处理器12安装在船载控制板中间，结合控制参数和左电机编码器4、右电机编码器9信号参数运算得出对应喷水推进船体平台上喷水推进装置各部件的控制指令，并通过信号线进行控制指令传输。
[0037]所述船载嵌入式处理器12采用STM32芯片，其中:左电机编码器4信号输出引脚、右电机编码器9信号输出引脚、左泵电机转速调节器5控制信号引脚、右泵电机转速调节器10控制信号引脚、左倒车斗收放舵机19控制信号引脚、右倒车斗收放舵机23控制信号引脚与船载嵌入式处理器12的引脚相连，船载无线射频模块14通过串口与船载嵌入式处理器12相连。
[0038]本发明提供的可实现船体矢量控制的喷水推进艇，其工作过程如下:
[0039]当需要对船体进行航向控制操作时，操作人员根据船舶需要的运动操纵航向控制手柄25，当船艇驻停时，航向控制手柄25左右掰动对应着船艇向左右原地回转，掰动的幅度大小对应着原地回转的快慢；当船艇正车或倒车时，航向控制手柄25左右掰动对应着船艇左右转向，掰动的幅度大小对应着转向的快慢；在船艇平移过程中，若受到风浪流的影响使船艇产生航向偏差时，则可通过航向控制手柄25来修正航向，航向控制手柄25左右辦动对应着船艏向左右回航。
[0040]操作人员需要对船舶进行矢量控制操纵时，操纵平移控制手柄26，往前和往后掰动对应着船艇的正车和倒车；往其他方向掰动对应着船艇向平移控制手柄26掰动的方向平移。平移控制手柄26掰动的幅度大小对应着船艇平移航行的速度大小。手柄终端嵌入式处理器27通过ADC功能读取手柄的掰动方向和掰动幅度并转化为控制信号。
[0041]手柄终端31将控制信号通过手柄无线射频模块24传输给船载控制器13。
[0042]船载控制器13上的船载无线射频模块14接收控制信号之后，传输至船载嵌入式处理器12进行运算，得到与船体运动状态相应的喷水推进装置各部件参数值，并结合左电机编码器4和右电机编码器9的信号将计算所得参数值转换为PWM信号，驱动左泵主机3、右泵主机8、左泵喷嘴转向舵机17、右泵喷嘴转向舵机21、左倒车斗收放舵机19以及右倒车斗收放舵机23，控制左喷水推进器32和右喷水推进器33的转速、喷嘴转角以及倒车斗收放，使船体按照手柄终端31上航向控制手柄25和平移控制手柄26的运动方向来完成相应的船体运动。
[0043]手柄终端31上的手柄终端嵌入式处理器27将接收到的喷水推进装置各部件的控制信号传输至参数显示屏28，参数显示屏28上显示船艇航速、主机转速、喷嘴转角、倒车斗收放情况和船艇的运动姿态。
[0044]本发明提供的上述可实现船体运动矢量控制的喷水推进艇，其相比普通螺旋桨船艇具有更好的机动性和操纵性，但现有喷水推进船艇船体运动的矢量控制大多比较复杂，对于普通配备有两台喷水推进装置的船艇来说，想要精确控制船艇的运动姿态，需同步控制6个变量:左右两台喷水推进器喷泵的主机转速、喷嘴转角及倒车斗的收放位置。而本发明在结合了喷水推进船体平台和矢量控制器之间相关参数后，只需简单地操控矢量控制器中手柄终端的两个操控手柄即可实现船体跟随操控手柄的运动方向和运动幅度作相应运动，无需人工对船舶的6个变量进行同步控制，大大降低喷水推进船艇作平移运动等各种复杂机动操纵的难度。
【主权项】
1.一种可实现船体运动矢量控制的喷水推进艇，包括喷水推进船体平台，其特征是设有由手柄终端和船载控制器组成的矢量控制器，其中:手柄终端用于船员操作，可实现船艇跟随操纵手柄的运动方向和运动幅度作相应运动的矢量控制；船载控制器装在喷水推进船体平台的船舯处，用于接收手柄终端发出的指令，控制喷水推进船体平台上喷水推进器的转速、喷嘴转角以及倒车斗收放位置。
2.根据权利要求1所述的喷水推进艇，其特征在于手柄终端由手柄无线射频模块(24)、航向控制手柄(25)、平移控制手柄(26)、手柄终端嵌入式处理器(27)、参数显示屏(28)、手柄终端电源开关(29)、手柄终端电源接口(30)组成，其中:手柄无线射频模块(24)装于手柄终端左上角，航向控制手柄(25)装于手柄终端左边，平移控制手柄(26)装于手柄终端右边，手柄终端嵌入式处理器(27)装在参数显示屏(28)下方，参数显示屏(28)装于手柄终端中间，手柄终端电源开关(29)装于手柄终端下部，手柄终端电源接口(30)装在手柄终端右侧。
3.根据权利要求2所述的喷水推进艇，其特征在于:采用可360°转动的平移控制手柄，操作者向任意方向摇动平移控制手柄，船体就会向相应方向平移；在平移的过程中，若由于风浪流的影响使船体偏航，可通过调整所述航向控制手柄来使船体恢复平移状态。
4.根据权利要求2所述的喷水推进艇，其特征在于:采用可左右转动的航向控制手柄，操作者左右摇动航向控制手柄，船艏就会作相应的左右转动。
5.根据权利要求2所述的喷水推进艇，其特征在于:参数显示屏采用2.8寸TFTLCD显示屏，其显示内容包括喷水推进艇各种运动情况下相应的航行姿态，航速，主机转速，喷嘴转角和倒车斗收放情况。
6.根据权利要求2所述的喷水推进艇，其特征在于:手柄终端通过手柄无线射频模块(24)将控制信号传输给船载控制器，信号经过船载控制器处理后，控制喷水推进器的转速、喷嘴转角和倒车斗收放位置。
7.根据权利要求1所述的喷水推进艇，其特征在于所述船载控制器由船载无线射频模块(14)、船载嵌入式处理器(12)组成，其中:船载无线射频模块(14)装在船载控制器的左上方，用于船载控制板与手柄终端嵌入式处理器(27)之间的通信，接收手柄无线射频模块(24)发送的控制信号并将喷水推进装置各部件的控制指令发送至手柄终端(31);船载嵌入式处理器(12)搭载中央处理系统，装在船载控制器中间，结合控制参数和喷水推进船体平台的左电机编码器(4)、右电机编码器(9)信号参数运算得出对应喷水推进船体平台上喷水推进器各部件的控制指令，并通过信号线进行控制指令传输。
8.根据权利要求7所述的喷水推进艇，其特征在于:所述船载嵌入式处理器(12)采用STM32芯片，搭载中央处理系统，其将手柄终端传来的控制信号处理得到船艇所需运动状态下所对应的喷水推进器的航行姿态、航速、主机转速、喷嘴转角和倒车斗收放情况6个参数，使船体能依照手柄终端的运动方向和运动幅度作相应的船体运动。
【专利摘要】本发明是一种可实现船体运动矢量控制的喷水推进艇，包括喷水推进船体平台和由手柄终端与船载控制器组成的矢量控制器，其中：手柄终端用于船员操作，可实现船艇跟随操纵手柄的运动方向和运动幅度作相应运动的矢量控制；船载控制器装在喷水推进船体平台的船舯处，用于接收手柄终端发出的指令，控制喷水推进船体平台上喷水推进器的转速、喷嘴转角以及倒车斗收放位置。本发明简化了喷水推进船艇作各种复杂机动运动的操纵过程，只需操作矢量控制器手柄终端上的两个手柄，船体即可跟随手柄的操纵进行相应运动，可充分挖掘喷水推进船艇优良的操纵性和机动性。
【IPC分类】B63H11-02, B63H25-08, B63H25-24
【公开号】CN104648645
【申请号】CN201510096066
【发明人】丁江明, 江佳炳, 袁天, 辜立忠, 王旭东, 陈云汉
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月4日