一种水上无人割冰船的制作方法

本发明属于无人船技术领域，具体而言，涉及一种水上无人割冰船。

背景技术：

在冰雪天或者天气较寒冷的时候，湖面上通常会凝结有一层厚厚的冰，这往往会导致以下几个问题：

1、由于普通的环保无人船完全没办法在结冰的湖面上航行，使得湖面的垃圾冻在冰层中无法清理，导致湖面垃圾破坏环境美观及污染河道湖泊；

2、水质监测无人船遇到结冰河、湖面时，无法进行“定点、定时，定量、定深”等规范操作，一些水质监测设备诸如水质采样管进水管头、流速流量监测仪、水温传感器、盐度和电导传感器、pH传感器、溶解氧传感器、浊度传感器等无法下放至水中，加药器也无法在河道指定地点进行投放水处理药剂进行污染河道的治理；

3、无人测绘船在遇到结冰的河、湖面时，会导致水下水面地形边界测量传感器无法布置等问题。

目前，唯一能够解决上述问题的方法就是借助破冰船进行破冰，但现有的破冰船耗费太高，不适用于上述无人船的工作要求，因此现急需一种搭载割冰装置的无人船，能远程控制对冰面进行切割，从而达到无人船自行切割冰面进行各自水上作业的目的。

技术实现要素：

为了解决冬天河面结冰带来的各色无人船无法正常工作的问题，本发明提供一种操作简便、割冰效果好、耗费低的水上无人割冰船。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种水上无人割冰船，包括一船体，所述船体的前沿设置有视频装置以及可升降、可伸缩的机械臂，所述机械臂上设置有切割装置，所述船体的尾部设置有螺旋桨，所述船体的内部设置有船载控制系统、通信模块、导航系统、集成控制板和动力装置；

所述视频装置、所述导航系统和所述集成控制板分别与所述船载控制系统连接，所述船载控制系统通过所述通信模块与地面控制中心通信连接，以接收所述地面控制中心的控制信号；所述集成控制板分别与所述机械臂、所述切割装置和所述动力装置连接；

所述船载控制系统通过所述通信模块接收所述地面控制中心发来的控制信号并进行解析，然后所述船载控制系统发送指令给所述集成控制板，所述集成控制板依照指令控制所述机械臂、所述切割装置和所述动力装置工作；所述动力装置为所述螺旋桨提供动力，并控制所述无人割冰船的前进、后退以及转弯；所述切割装置用于破除水面冰层，所述机械臂用于扩大所述切割装置的切割范围，当所述切割装置不用的时候收缩在船面上，当需要破冰的时候通过所述机械臂伸展到所述船体外侧，并降低至冰面进行破冰；

所述视频装置用于监视水面情况和规避水面风险，并将画面信号传送至所述船载控制系统；所述船载控制系统通过所述通信模块向所述地面控制中心发送所述画面信号；所述地面控制中心将所述视频装置传回的视频影像显示在大屏幕上，操作人员借由这些视频影像判断冰面与船身的距离以及垃圾的方位，远程操控所述机械臂从而达到调整所述切割装置的目的，实现快速割冰，一旦失去信号，立刻切断电源，保证安全；

所述导航系统用于对所述无人割冰船进行导航和定位，并将坐标信息传送至所述船载控制系统；所述船载控制系统通过所述通信模块向所述地面控制中心发送所述坐标信息；所述地面控制中心对所述无人割冰船的航行轨迹进行显示，达到实时监测所述无人割冰船轨迹的目的。

进一步的，所述通信模块为4G通信模块，在所述4G通信模块中放入手机SIM卡，所述无人割冰船就可以融入到电信网络，从而将数据传输到网络服务器，所述地面控制中心通过PC进行控制信号的发射以及视频监控。

进一步的，所述导航系统为GPS导航系统或北斗导航系统，所述无人割冰船可通过所述导航系统自主设定航线。

进一步的，当所述无人割冰船用于水面垃圾清理时，所述机械臂上设置有用于抓取水面垃圾的机械手，所述机械手经所述集成控制板受所述船载控制系统控制；同时，所述船体上设置有用于装载水面垃圾的网兜。

进一步的，当所述无人割冰船用于河道测绘时，所述船体上设置有用于测绘河道的水面地形边界传感器；当所述无人割冰船根据所述导航系统达到测绘区域后，所述水面地形边界传感器被布置到河道中，所述水面地形边界传感器将采集到的测绘数据通过所述集成控制板传送至所述船载控制系统，再由所述船载控制系统通过所述通信模块发送至所述地面控制中心。

进一步的，当所述无人割冰船用于水质监测时，所述船体上设置有用于监测水质的水质传感器；当所述无人割冰船根据所述导航系统达到监测点后，所述水质传感器被下放到水中，进行水质数据的“定点，定时，定量，定深”搜集，所述水质传感器将采集到的水质数据通过所述集成控制板传送至所述船载控制系统，再由所述船载控制系统通过所述通信模块发送至所述地面控制中心。

进一步的，所述水质传感器包括水质采样管进水管头、流速流量监测仪、水温传感器、盐度和电导传感器、pH传感器、溶解氧传感器或浊度传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将割冰装置安装到无人船上，解决了冬天河面结冰环保无人船无法破冰清理河道垃圾、水质监测无人船无法“定点、定深”安置传感器探头监测处理河道水质、无人测绘船无法布置水面地形边界传感器进行无人测绘等一系列问题。

2、本发明的无人割冰船结构设计合理，切割装置能够快速击碎冰层，升降装置能根据冰层的厚度调整上下切割位置，实现快速高效除冰，使得无人割冰船在冬天结冰的河面能高效便捷的进行垃圾的清理、河道水质采样数据收集、河道地形测绘等，具有很好的应用前景。

3、本发明的无人割冰船同时集成了先进的机器人控制技术、自动导航技术、4G网络实时通讯技术，无人割冰船船可以通过GPS导航系统可自主设定航线，并不断实时上传所在位置给地面控制中心，同时船身携带的视频也可让地面控制中心人员实时了解冰面情况，及时规避障碍，并自带紧急人工遥控干预。

4、本发明的切割装置可以选用市面上的小型切割机，固定在机械臂上，电源启动通过地面控制中心操控，同时借由视频影像指导操控，一旦失去信号，立刻切断电源，保证安全。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明无人割冰船的外部结构示意图；

图2为本发明无人割冰船的设备电气图；

图3为本发明作为环保无人船时的设备电气图；

图4为本发明作为河道测绘船时的设备电气图；

图5为本发明作为水质监测船时的设备电气图。

图中标号说明：1、船体；2、视频装置；3、机械臂；4、切割装置；5、船载控制系统；6、通信模块；7、导航系统；8、集成控制板；9、动力装置；10、螺旋桨；11、地面控制中心；12、机械手；13、水面地形边界传感器；14、水质传感器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

实施例1

参见图1和图2所示，一种水上无人割冰船，包括一船体1，所述船体1的前沿设置有视频装置2以及可升降、可伸缩的机械臂3，所述机械臂3上设置有切割装置4，所述船体1的尾部设置有螺旋桨10，所述船体1的内部设置有船载控制系统5、通信模块6、导航系统7、集成控制板8和动力装置9；

所述视频装置2、所述导航系统7和所述集成控制板8分别与所述船载控制系统5连接，所述船载控制系统5通过所述通信模块6与地面控制中心11通信连接，以接收所述地面控制中心11的控制信号；所述集成控制板8分别与所述机械臂3、所述切割装置4和所述动力装置9连接；

所述船载控制系统5通过所述通信模块6接收所述地面控制中心11发来的控制信号并进行解析，然后所述船载控制系统5发送指令给所述集成控制板8，所述集成控制板8依照指令控制所述机械臂3、所述切割装置4和所述动力装置9工作；所述动力装置9为所述螺旋桨10提供动力，并控制所述无人割冰船的前进、后退以及转弯；所述切割装置4用于破除水面冰层，所述机械臂3用于扩大所述切割装置4的切割范围，当所述切割装置4不用的时候收缩在船面上，当需要破冰的时候通过所述机械臂3伸展到所述船体1外侧，并降低至冰面进行破冰；

所述视频装置2用于监视水面情况和规避水面风险，并将画面信号传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述画面信号；所述地面控制中心11将所述视频装置2传回的视频影像显示在大屏幕上，操作人员借由这些视频影像判断冰面与船身的距离以及垃圾的方位，远程操控所述机械臂3从而达到调整所述切割装置4的目的，实现快速割冰，一旦失去信号，立刻切断电源，保证安全；

所述导航系统7用于对所述无人割冰船进行导航和定位，并将坐标信息传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述坐标信息；所述地面控制中心11对所述无人割冰船的航行轨迹进行显示，达到实时监测所述无人割冰船轨迹的目的。

进一步的，所述通信模块6为4G通信模块，在所述4G通信模块中放入手机SIM卡，所述无人割冰船就可以融入到电信网络，从而将数据传输到网络服务器，所述地面控制中心11通过PC进行控制信号的发射以及视频监控。

进一步的，所述导航系统7为GPS导航系统或北斗导航系统，所述无人割冰船可通过所述导航系统7自主设定航线。

实施例2

参见图1和图3所示，一种用于水面垃圾清理的水上无人割冰船，包括一船体1，所述船体1的前沿设置有视频装置2以及可升降、可伸缩的机械臂3，所述机械臂3上设置有切割装置4和机械手12，所述船体1上设置有网兜，所述船体1的尾部设置有螺旋桨10，所述船体1的内部设置有船载控制系统5、通信模块6、导航系统7、集成控制板8和动力装置9；

所述视频装置2、所述导航系统7和所述集成控制板8分别与所述船载控制系统5连接，所述船载控制系统5通过所述通信模块6与地面控制中心11通信连接，以接收所述地面控制中心11的控制信号；所述集成控制板8分别与所述机械臂3、所述切割装置4、所述动力装置9和所述机械手12连接；

所述船载控制系统5通过所述通信模块6接收所述地面控制中心11发来的控制信号并进行解析，然后所述船载控制系统5发送指令给所述集成控制板8，所述集成控制板8依照指令控制所述机械臂3、所述切割装置4、所述动力装置9和所述机械手12工作；所述动力装置9为所述螺旋桨10提供动力，并控制所述无人割冰船的前进、后退以及转弯；所述切割装置4用于破除水面冰层，所述机械臂3用于扩大所述切割装置4的切割范围，当所述切割装置4不用的时候收缩在船面上，当需要破冰的时候通过所述机械臂3伸展到所述船体1外侧，并降低至冰面进行破冰；

所述视频装置2用于监视水面情况和规避水面风险，并将画面信号传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述画面信号；所述地面控制中心11将所述视频装置2传回的视频影像显示在大屏幕上，操作人员借由这些视频影像判断冰面与船身的距离以及垃圾的方位，远程操控所述机械臂3从而达到调整所述切割装置4的目的，实现快速割冰，最后通过远程操控所述机械手12拾取垃圾放入船身附带的所述网兜完成冰面垃圾的清理，一旦失去视频影像信号，立刻切断电源，保证安全；

所述导航系统7用于对所述无人割冰船进行导航和定位，并将坐标信息传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述坐标信息；所述地面控制中心11对所述无人割冰船的航行轨迹进行显示，达到实时监测所述无人割冰船轨迹的目的。

进一步的，所述通信模块6为4G通信模块，在所述4G通信模块中放入手机SIM卡，所述无人割冰船就可以融入到电信网络，从而将数据传输到网络服务器，所述地面控制中心11通过PC进行控制信号的发射以及视频监控。

进一步的，所述导航系统7为GPS导航系统或北斗导航系统，所述无人割冰船可通过所述导航系统7自主设定航线。

实施例3

参见图1和图4所示，一种用于河道测绘的水上无人割冰船，包括一船体1，所述船体1的前沿设置有视频装置2以及可升降、可伸缩的机械臂3，所述机械臂3上设置有切割装置4，所述船体1上设置有用于测绘河道的水面地形边界传感器13，所述船体1的尾部设置有螺旋桨10，所述船体1的内部设置有船载控制系统5、通信模块6、导航系统7、集成控制板8和动力装置9；

所述视频装置2、所述导航系统7和所述集成控制板8分别与所述船载控制系统5连接，所述船载控制系统5通过所述通信模块6与地面控制中心11通信连接，以接收所述地面控制中心11的控制信号；所述集成控制板8分别与所述机械臂3、所述切割装置4、所述动力装置9和所述水面地形边界传感器13连接；

所述船载控制系统5通过所述通信模块6接收所述地面控制中心11发来的控制信号并进行解析，然后所述船载控制系统5发送指令给所述集成控制板8，所述集成控制板8依照指令控制所述机械臂3、所述切割装置4和所述动力装置9工作，所述集成控制板8还会接收所述水面地形边界传感器13所采集的测绘数据；所述动力装置9为所述螺旋桨10提供动力，并控制所述无人割冰船的前进、后退以及转弯；所述切割装置4用于破除水面冰层，所述机械臂3用于扩大所述切割装置4的切割范围，当所述切割装置4不用的时候收缩在船面上，当需要破冰的时候通过所述机械臂3伸展到所述船体1外侧，并降低至冰面进行破冰；

所述视频装置2用于监视水面情况和规避水面风险，并将画面信号传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述画面信号；所述地面控制中心11将所述视频装置2传回的视频影像显示在大屏幕上，操作人员借由这些视频影像判断冰面与船身的距离以及垃圾的方位，远程操控所述机械臂3从而达到调整所述切割装置4的目的，实现快速割冰，一旦失去信号，立刻切断电源，保证安全；

当所述无人割冰船根据所述导航系统7达到测绘区域后，所述水面地形边界传感器13被布置到河道中，所述水面地形边界传感器13将采集到的测绘数据通过所述集成控制板8传送至所述船载控制系统5，再由所述船载控制系统5通过所述通信模块6发送至所述地面控制中心11；

所述导航系统7用于对所述无人割冰船进行导航和定位，并将坐标信息传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述坐标信息；所述地面控制中心11对所述无人割冰船的航行轨迹进行显示，达到实时监测所述无人割冰船轨迹的目的。

进一步的，所述通信模块6为4G通信模块，在所述4G通信模块中放入手机SIM卡，所述无人割冰船就可以融入到电信网络，从而将数据传输到网络服务器，所述地面控制中心11通过PC进行控制信号的发射以及视频监控。

进一步的，所述导航系统7为GPS导航系统或北斗导航系统，所述无人割冰船可通过所述导航系统7自主设定航线。

实施例4

参见图1和图5所示，一种用于水质监测的水上无人割冰船，包括一船体1，所述船体1的前沿设置有视频装置2以及可升降、可伸缩的机械臂3，所述机械臂3上设置有切割装置4，所述船体1上设置有用于监测水质的水质传感器14，所述船体1的尾部设置有螺旋桨10，所述船体1的内部设置有船载控制系统5、通信模块6、导航系统7、集成控制板8和动力装置9；

所述视频装置2、所述导航系统7和所述集成控制板8分别与所述船载控制系统5连接，所述船载控制系统5通过所述通信模块6与地面控制中心11通信连接，以接收所述地面控制中心11的控制信号；所述集成控制板8分别与所述机械臂3、所述切割装置4、所述动力装置9和所述水质传感器14连接；

所述船载控制系统5通过所述通信模块6接收所述地面控制中心11发来的控制信号并进行解析，然后所述船载控制系统5发送指令给所述集成控制板8，所述集成控制板8依照指令控制所述机械臂3、所述切割装置4和所述动力装置9工作，所述集成控制板8还会接收所述水质传感器14所采集的水质数据；所述动力装置9为所述螺旋桨10提供动力，并控制所述无人割冰船的前进、后退以及转弯；所述切割装置4用于破除水面冰层，所述机械臂3用于扩大所述切割装置4的切割范围，当所述切割装置4不用的时候收缩在船面上，当需要破冰的时候通过所述机械臂3伸展到所述船体1外侧，并降低至冰面进行破冰；

所述视频装置2用于监视水面情况和规避水面风险，并将画面信号传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述画面信号；所述地面控制中心11将所述视频装置2传回的视频影像显示在大屏幕上，操作人员借由这些视频影像判断冰面与船身的距离以及垃圾的方位，远程操控所述机械臂3从而达到调整所述切割装置4的目的，实现快速割冰，一旦失去信号，立刻切断电源，保证安全；

当所述无人割冰船根据所述导航系统7达到监测点后，所述水质传感器14被下放到水中，进行水质数据的“定点，定时，定量，定深”搜集，所述水质传感器14将采集到的水质数据通过所述集成控制板8传送至所述船载控制系统5，再由所述船载控制系统5通过所述通信模块6发送至所述地面控制中心11；

所述导航系统7用于对所述无人割冰船进行导航和定位，并将坐标信息传送至所述船载控制系统5；所述船载控制系统5通过所述通信模块6向所述地面控制中心11发送所述坐标信息；所述地面控制中心11对所述无人割冰船的航行轨迹进行显示，达到实时监测所述无人割冰船轨迹的目的。

进一步的，所述通信模块6为4G通信模块，在所述4G通信模块中放入手机SIM卡，所述无人割冰船就可以融入到电信网络，从而将数据传输到网络服务器，所述地面控制中心11通过PC进行控制信号的发射以及视频监控。

进一步的，所述导航系统7为GPS导航系统或北斗导航系统，所述无人割冰船可通过所述导航系统7自主设定航线。

进一步的，所述水质传感器14包括水质采样管进水管头、流速流量监测仪、水温传感器、盐度和电导传感器、pH传感器、溶解氧传感器或浊度传感器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。