一种两栖无人船履带系统的使用方法与流程

【技术领域】

本发明涉及无人船技术领域，特别是涉及一种两栖无人船履带系统的使用方法。

背景技术：

随着自动化和计算机技术进步，无人车/无人船等机器产品越来越多应于生活中，尤其是水陆两栖无人船兼具陆地车辆和水上船舶功能，集合了汽车和船舶的双重优点，能够在陆地和水中以及水陆交界区域发挥独特性能，可弥补无人船无法自行上岸，无人车水中航行难的缺点，具有十分广阔的应用前景。

目前，两栖无人船在民用领域适合于石油和煤气管道铺设、防汛、水上石油地质勘探、船只停泊卸货、旅游、水上养殖等；在军事领域，两栖无人船有更大的作为空间，我国拥有辽阔的近海海域，从海防和边防考虑，两栖无人船可以适用于无码头岛屿或停泊条件恶劣等情况下正常作业，还能满足边防巡逻时水陆交替路况，如浅水中船只无法通过或深水战车无法通行的情况；两栖无人船能对地平线较低的浅水滩区域实现不间断巡逻。

已有的两栖装备侧重于具备较强防护能力以及攻击性的登陆艇上，多为有人驾驶的两栖无人船，随技术的不断进步许多场合对装备的无人化等提出全新要求，为此能实现自动驾驶的两栖无人船成为研究焦点，具备“陆地行驶、水域航行、水陆切换”功能的两栖无人船将会在巡逻防护、孤岛防御等场景发挥特效功能，弥补当前市场缺少无人化两栖船的技术空白。

在巡逻防护、孤岛防御等场景使用时，两栖无人船的作业环境多为水陆结合处，较多的淤泥、泥沙使得两栖无人船的陆地行驶轮常常陷入其中，导致两栖无人船无法继续行驶，严重影响了两栖无人船的任务执行。而技术人员将陆地行驶轮改进为履带行驶方式后，履带在浅滩淤泥区域行驶出现打滑的现象，影响巡逻任务执行效率成为本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是在巡逻防护、孤岛防御等场景使用时，两栖无人船的作业环境多为水陆结合处，较多的淤泥、泥沙使得两栖无人船的陆地行驶轮常常陷入其中，导致两栖无人船无法继续行驶，严重影响了两栖无人船的任务执行。而技术人员将陆地行驶轮改进为履带行驶方式后，履带在浅滩淤泥区域行驶出现打滑的现象，影响巡逻任务执行效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种两栖无人船履带系统的使用方法，包括：根据各传感系统和/或图像系统的采集信息与信息库作对比,判断履带处于打滑状态；

根据预设策略控制履带，完成预设用于克服打滑状态的执行动作；

若检测到船体脱离打滑状态，控制履带恢复正常行驶状态。

所述的采集信息包括船体行驶距离、船体行驶速度、船体所处环境风力大小、履带系统内的履带转速、船体定位信息和船体周围环境图像信息中的一项或者多项。

优选的，判断履带系统处于打滑状态的依据具体包括：计算单位时间内船体的行驶距离，与信息库中存储的当前履带转速对应的船体行驶距离，两者之间的差值超过预设阈值；和/或，

单位时间内的履带转速，与信息库中储存的当前船体周围环境图像切换速度对应的履带转速，两者之间的差值超过预设阈值；和/或,

计算单位时间内船体的位置移动距离，与信息库中存储的当前履带转速对应的船体行驶距离，两者之间的差值超过预设阈值。

优选的，根据预设策略控制履带，完成预设用于克服打滑状态的执行动作，具体包括：

第一阶段：将履带旋转到与船体呈指定的相对角度，若指定的相对角度已达到可调整范围内的最大值时，且未检测到船体脱离打滑状态，则进入预设策略的第二阶段；

第二阶段：将履带调整到指定功率控制下旋转。

优选的，所述将履带旋转到与船体呈指定的相对角度具体包括：根据当前船体重量、船体长度和行驶速度与信息库中所储存的当前船体状态下对应的履带旋转合适角度做比对，得出指定的相对角度的可调整范围，将相对角度以固定速度由可调整范围内的最小值调整到最大值。。

优选的，所述将履带旋转到与船体呈指定的相对角度具体包括：根据探测到的船体周围陆地平面的坡度，与信息库中所储存的当前陆地环境下对应的履带旋转合适角度做比对，得出指定的相对角度的可调整范围，将相对角度以固定速度由可调整范围内的最小值调整到最大值。

优选的，判定船体脱离打滑状态具体包括：单位时间内检测到船体定位的变化距离，与履带当前转速对应的移动距离，两个数值之间的差值小于所设定阈值；

或单位时间内检测到船体的行驶距离，与履带当前转速对应的移动距离，两个数值之间的差值小于所设定阈值；

或检测到船体周围环境图像的切换速度，与履带当前转速对应的船体行驶速度，两个数值之间的差值小于所设定阈值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

该两栖无人船将陆地行驶系统设置为履带系统，使得在巡逻防护、孤岛防御等场景使用时，经过水陆结合处较多的淤泥和泥沙，避免两栖无人船使用行驶轮时被陷入其中，尤其是履带在正常行驶中出现打滑情况时，主控系统通过对履带系统的控制，利用旋转马达对履带系统变换行驶方式，以增加两栖无人船的前进牵引力，将整个两栖无人船带出打滑区域，从而解决了履带行驶时打滑的问题，提高了两栖无人船对陆地行驶环境的适应性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种两栖无人船的各个组成系统位置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种两栖无人船的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种两栖无人船的动力系统中履带系统的后视示意图；

图4为本发明实施例提供的一种两栖无人船履带系统的使用方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种两栖无人船履带系统的使用方法内步骤402的细化流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种两栖无人船履带系统的旋转状态示意图；

图7为本发明实施例提供的一种两栖无人船履带系统设置为多节结构时的旋转状态示意图；

图8为本发明实施例提供的一种两栖无人船履带系统设置为同轴转轮结构时的旋转状态示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1、船体；2、桅杆系统；3、主控系统；4、动力系统；5、探测系统；6、导航系统；7、通信系统；8、避障系统；9、动力舱；10、控制舱；11、水域行驶系统；12、陆地行驶系统；13、喷泵；14、智能舵；15、履带系统；16、液压马达；17、支撑液压缸；18、主动轮；19、导向轮；20、承重轮；21、履带；22、支撑杆；23、承重梁；24、连轴；25、旋转马达；26、旋转活页；27、盖板；28、盖板液压缸；29、同轴转轮；30、承载板；31、引导轮；32、加载履带。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

如图1-3所示，本发明提供了一种两栖无人船，包括：船体1、桅杆系统2、主控系统3、动力系统4、探测系统5、导航系统6和通信系统7；所述船体1内的中后端设置有动力舱9和控制舱10，动力舱9分布于船体1下层，主控系统3安装在控制舱10中；所述主控系统3分别与动力系统4、探测系统5、导航系统6、通信系统7连接，主控系统3为两栖无人船的控制中枢；

所述动力系统4可以包括岸电充电系统、蓄电池组、船用发动机、船用发电机、陆用发动机、陆用发电机、水域行驶系统11、陆地行驶系统12、排水泵、船舱风机；其中，构成动力系统4的各单元未在图1中示出。

所述陆地行驶系统12包括液压泵、液压阀组和左右履带系统15；左右履带系统15包括液压马达16、支撑液压缸17、主动轮18、导向轮19、承重轮20和履带21，履带21通过支撑杆22与船体1的承重梁23连接安装，主控系统3通过支撑液压缸17对支撑杆22进行伸缩调整，主动轮18上安装有液压马达16，液压马达16驱动主动轮18带动履带21转动，导向轮19跟随主动轮18转动，承重轮20位于主动轮18和导向轮19的中间，用于承载履带21的重量；在主动轮18、导向轮19和承重轮20的共同作用下，履带21在陆地上正常行驶；所述陆地行驶系统12安装于动力舱9中部，左右履带系统15分别安装于船体1底部两侧。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，如图3所示，可在支撑杆22与船体1的承重梁23之间通过旋转活页26连接安装，动力系统4为旋转活页26的转动提供动力，主控系统3通过控制旋转活页26来控制支撑杆22的旋转角度。在履带21打滑时，主控系统3可控制旋转活页26旋转，带动支撑杆22变换角度，从而改变履带21与浅滩的接触面作用力的作用角度，增加摩擦，克服打滑情况，最终行驶出淤泥打滑区域。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，如图3所示，所述左右履带系统15还可设置盖板27，盖板27对应履带21设置，盖板27的一侧与船体1表面铰接，盖板27的另一侧通过盖板液压缸28与船体1连接，主控制器通过控制盖板液压缸28来控制盖板27的开合。在两栖无人船进行水域行驶时，两栖无人船的履带系统15为收缩状态，盖板27为履带系统15提供防护，以增加履带21的使用寿命。另一方面，在海域行驶风浪较大时，主控系统3可通过控制盖板液压缸28来调整盖板27的收合状态，将盖板27展开，帮助船体1抵挡风浪，以保持行驶时船体1平衡。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述的探测系统5包括前摄像头、船舱摄像头、探照灯、航行灯、测深仪、转速检测仪、测距雷达；所述前摄像头安装于桅杆上部前端，前摄像头检测到的船体周围的图像信息，可作为后续主控系统3控制两栖无人船行驶的依据；所述船舱摄像头安装于动力舱9，用于观测动力舱9内各个组成部分的使用工况；所述探照灯安装于桅杆顶端横杆上，用于两栖无人船的行驶照明；所述航行灯均匀分布在船弦两侧，用于行驶时发送警示信号；所述测深仪和测距仪安装在船体1底部的船头一侧，测深仪用于检测船体1与陆地间的深度距离，测距仪用于检测船体1的行驶距离；所述转速检测仪安装在履带系统15上，用于检测履带21的转速。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述导航系统6包括惯导系统、北斗电台和罗经，其中惯导系统带有惯导主天线和惯导副天线；所述惯导系统、北斗电台和罗经安装于控制舱10中，惯导主天线和惯导副天线安装在桅杆的横杆上；惯导系统、北斗电台和罗经分别用于不同使用环境下的行驶定位，且将检测到的船体定位信息和路径信息反馈给主控系统3。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述通信系统7包括数字电台、宽带电台、甚高频通信台，其中数字电台和宽带电台带有天线；所述数字电台和甚高频通信台安装于控制舱10中，所述宽带电台、数字电台的天线和宽带电台的天线安装于桅杆上，通信系统7用于不同距离的使用环境时与外部指挥联络，并在其中一种联络方式受影响时，可用其他联络方式替代，从而避免联络中断。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，两栖无人船行驶时会遇到各样的障碍物，此种情况下可设置避障系统8，避障系统8包括ais系统、毫米波雷达、激光雷达，其中ais系统带有ais主天线和ais副天线；所述ais系统安装于控制舱10，ais主天线和ais副天线安装于船头；所述毫米波雷达安装于桅杆上，激光雷达安装在船头上。所述避障系统8中ais系统作为船舶自动识别系统，监测两栖无人船的船位、船速、航向等船舶动态信息向主控系统3反馈；所述毫米波雷达探测0.1km-100km间的障碍目标，作为水面中远距离避障的探测工具；所述激光雷达能探测0.1m-150m间障碍目标，作为陆地运行、水陆交界处运行、船体1入港等行驶状态时的探测工具。

相应的，当两栖无人船为有人控制状态行驶时，所述探测系统5、导航系统6和避障系统8可向操作人员提供两栖无人船的各种工况信息，操作人员可通过通讯系统内的数字电台与外部指挥实时联络，也可通过通讯系统将两栖无人船的工况信息发送给外部指挥。

实施例2：

当两栖无人船进行浅滩巡逻任务时，浅滩多为淤泥等较软质地的陆地环境，两栖无人船在巡逻时陆地行驶系统12容易陷入淤泥中，出现履带21打滑，无法继续行驶的情况，导致巡逻任务无法完成。

如图4所示，本发明提供了一种两栖无人船履带系统的使用方法，包括：

在步骤401中，根据各传感系统和/或图像系统的采集信息与信息库作对比,判断履带21处于打滑状态。

在步骤402中，根据预设策略控制履带21，完成预设用于克服打滑状态的执行动作。

在步骤403中，若检测到船体1脱离打滑状态，控制履带21恢复正常行驶状态。

所述的船体1所述的采集信息包括船体行驶距离、船体行驶速度、船体所处环境风力大小、履带系统内的履带转速、船体定位信息和船体周围环境图像信息中的一项或者多项，所述的采集信息可基于实施例1中的对应模块采集实现。

具体的，所述的船体行驶距离、船体行驶速度、船体所处环境风力大小、履带系统内的履带转速、由探测系统5中的对应仪器测出，船体1定位信息由导航系统6内的对应仪器测出，船体周围环境图像信息由安装在桅杆系统2上的摄像头采集，各个系统在两栖无人船工作时将所采集的信息实时传送给主控系统。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，步骤401中，判断履带系统15处于打滑状态的信息库具体包括：

计算单位时间内船体的行驶距离，与信息库中存储的当前履带转速对应的船体行驶距离，两者之间的差值超过预设阈值；和/或，

单位时间内的履带转速，与信息库中储存的当前船体周围环境图像切换速度对应的履带转速，两者之间的差值超过预设阈值；和/或，

计算单位时间内船体的位置移动距离，与信息库中存储的当前履带转速对应的船体行驶距离，两者之间的差值超过预设阈值。

其中，在通常情况下船体1的行驶距离由履带的转速和/或船体1的行驶速度计算得出；当通过履带的转速和行驶速度计算出的船体1的行驶距离差异较大，或者检测模块发生异常时，可选择通过导航系统6内检测到的船体1的路径信息或定位信息计算出船体1的位置移动距离，将其作为主控系统3的控制判断依据；而在使用环境光线较好，摄像头对图像的捕捉速度满足计算需求时，得出的船体1周围环境图像切换速度可作为主控系统3的控制判断依据。船体1的行驶距离、船体1的位置移动距离和船体1周围环境图像切换速度，三种判断依据可根据不同的使用情况进行一项或多项的组合使用，多项组合使用时相互计算得出的行驶速度可进行相互校准，使得判断准确性提高。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，步骤403中，判定船体脱离打滑状态具体包括：单位时间内检测到船体定位的变化距离，与履带当前转速对应的移动距离，两个数值之间的差值小于所设定阈值；和/或，

单位时间内检测到船体的行驶距离，与履带当前转速对应的移动距离，两个数值之间的差值小于所设定阈值；和/或，

检测到船体周围环境图像的切换速度，与履带当前转速对应的船体行驶速度，两个数值之间的差值小于所设定阈值。

实施例3：

在实施例1和2的基础上，如附图4-6所示，下面结合具体的应用场景，对两栖无人船履带系统的使用方法进行进一步说明。

当两栖无人船在浅滩水域进行巡逻工作，由水域进入到陆地上时，首先通过通信系统7接收外部指挥系统的信息，或者根据导航系统6内储存的路径信息，主控系统3生成由水域航行转换为陆地行驶的指令，则水域行驶系统11关闭，且水域行驶系统11收缩进入船体1内的动力舱9，同时陆地行驶系统12开启，在支撑液压缸17的作用下，支撑杆22将履带21伸出，支撑杆22完全伸出后，液压马达16启动，主动轮18在液压马达16的作用下开始转动，在主动轮18、承重轮20和导向轮19的共同作用下，履带21开始工作。至此，水域航行转换为陆地行驶指令执行完毕。

根据通信系统7所接收到的巡逻路线，或根据导航系统6内储存的路径信息，主控系统3下达巡逻指令，两栖无人船开始进行浅滩水域巡逻工作，主控系统3通过控制动力系统4和导向轮19，从而控制两栖无人船巡逻时的行驶方向和行驶速度。

两栖无人船在浅滩水域进行巡逻工作的过程中，执行步骤401，根据各传感系统和/或图像系统的采集信息与信息库作对比,判断履带处于打滑状态。

在无人船储存的能量有限的情况下，为了提高履带系统的使用效率，避免使用过量的能耗克服履带21的打滑状态，步骤402可具体设置为包括两个阶段，结合附图5，即步骤402的两个阶段具体细化为步骤501和步骤502。步骤501具体包括将履带旋转到与船体呈指定的相对角度，若指定的相对角度已达到可调整范围内的最大值时(最大值即履带的连轴24已经与接触面呈90°)，且未检测到船体脱离打滑状态，则进入预设策略的下一阶段，即步骤502；步骤502具体包括将履带调整到指定功率控制下旋转。其中，步骤502中的旋转可以具体是一种360°的圆周旋转，例如：参考图7所示，其中，承载有履带的连轴24围绕承重轮20旋转。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，步骤501中，所述将履带旋转到与船体呈指定的相对角度具体包括：根据当前船体重量、船体长度和行驶速度与信息库中所储存的当前船体1的状态下对应的履带旋转合适角度做比对，得出指定的相对角度的可调整范围，将相对角度以固定速度由可调整范围内的最小值调整到最大值。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，可在探测系统5内安装可探测船体周围地形的声呐设备，用于探测船体周围陆地平面的坡度，则步骤501中，所述将履带旋转到与船体呈指定的相对角度具体包括：根据探测到的船体周围陆地平面的坡度，与信息库中所储存的当前陆地环境下对应的履带旋转合适角度做比对，得出指定的相对角度的可调整范围，将相对角度以固定速度由可调整范围内的最小值调整到最大值。此方案用于船体周围陆地平面起伏较大的情况，声呐设备探测到的地平面坡度具有一定范围内的变化，如两栖无人船仅依靠单一角度数值调整，容易造成脱离打滑区域后又陷入新的打滑区域的问题。此方案通过声呐探测地平面的坡度，将指定的相对角度具体为一个动态的范围，可有效避免船体1脱离打滑区域后又陷入新的打滑区域的问题。

若在指定的相对角度调整过程中，检测到船体1脱离打滑状态，则控制履带21恢复正常行驶状态。

实施例4：

基于实施例2和3中的两栖无人船履带系统的使用方法，结合具体使用环境，当所述的履带系统15由多节履带21组成，支撑杆22对应履带21为多分支设置时，主动轮18和导向轮19共同安装在履带21内的连轴24上，连轴24与对应的支撑杆22分支连接，连轴24上设置有旋转马达25，动力系统4通过控制旋转马达25带动连轴24旋转。上述旋转马达25可安装在履带21的承重轮上，后续带动连轴24旋转；旋转马达25也可以通过设置新的转轮与连轴24连接，旋转马达24驱动转轮，后续带动连轴24旋转。

履带系统15由多节履带21组成情况下，当两栖无人船处于打滑状态时，所述步骤402具体包括：根据探测到的船体周围陆地平面的坡度，与信息库中所储存的该状态下对应履带旋转角度经验值作比对，得出对应最合适的履带与船体间的相对角度，将多节履带同时调整到此最合适的相对角度。

执行步骤402，主控系统3控制旋转马达25工作，连轴24开始旋转从而带动履带21跟随连轴24旋转，直至旋转到上述最合适的相对角度，使得履带21与浅滩的接触面作用力增大，达到行驶出淤泥打滑区域的目的。

执行步骤403，检测到船体脱离打滑状态，在主控系统3的指令下，履带21恢复为正常行驶状态。

另一方面，履带系统15由多节履带21组成时，在节省两栖无人船能耗，提高履带使用效率的前提下，风力对船体1的影响也是不能忽略的，此时步骤402还有一种执行方式，具体包括：根据探测到的船体周围陆地平面的坡度和船体所受风力大小的信息，与信息库中储存的当前状态下对应履带旋转速度的经验值作比对，得出该履带旋转速度对应所需的经验工作功率，按照两栖无人船的行驶方向为顺序，间隔指定时间，将多节履带逐节调整到指定工作功率控制下旋转。

如图7所示，主控系统3控制旋转马达25工作，连轴24开始旋转，从而带动履带21跟随连轴24旋转，依次间隔指定时间开启的旋转马达25，使得履带21与浅滩的接触面作用力逐渐增大，避免一开始就使用最大功率耗能较大，达到用不浪费能量即将船体行驶出淤泥打滑区域的目的。

执行步骤403，检测到船体脱离打滑状态，在主控系统3的指令下，履带21恢复为正常行驶状态。

实施例5：

实施例4中介绍了一种左右履带系统15由多节履带21组成，支撑杆22对应履带21为多分支设置，主动轮18和导向轮19共同安装在履带21内的连轴24上。但是在小型的两栖无人船上，多节的履带21负重较大，安装复杂，不适合安装在小型的两栖无人船上，此时，针对小型的两栖无人船，如图8所示，可在履带系统15的主动轮18上设置安装有同轴转轮29，同轴转轮29通过承载板30与引导轮31连接，加载履带32缠绕安装在同轴转轮29和引导轮31上，主控系统3可控制同轴转轮29的制动与旋转，旋转马达25与同轴转轮29连接，主控系统3可通过控制旋转马达25控制承载板30以同轴转轮29为圆心旋转。

对应上述结构，在实施例2和3的基础上，结合附图8，履带上设置有加载履带32，加载履带32通过同轴转轮29与履带的主动轮18连接时，当两栖无人船处于打滑状态时，由于使用加载履带32的船体1较小，受风力的影响不能忽略，则所述的步骤402具体包括：根据船体行驶速度和船体所受风力的信息，与信息库中储存的该状态下对应加载履带旋转的经验值作比对，得出加载履带旋转对应所需的工作功率，将加载履带调整到指定工作功率控制下旋转。此时，可选的如图8所示的主体用于承载船体的履带结构是不需要旋转的，即仅仅依托于所述与主动轮18连接的加载履带32的旋转实现本发明技术方案。该方式能够在减少船体与履带系统15之间连接杆的长度，提高履带系统15与船体耦合紧密程度，并且，能够减少履带旋转所带来的功耗。

执行步骤402，主控系统3控制同轴转轮29在指定的工作功率下开始旋转，则履带系统15运动的同时，承载板30以同轴转轮29为圆心转动，从而达到将履带系统15与浅滩的接触面作用力调整的目的，增加摩擦，克服履带打滑情况，最终将两栖无人船行驶出淤泥打滑区域。

执行步骤403，检测到船体脱离打滑状态，在主控系统3的指令下，履带21恢复为正常行驶状态。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。