一种具备精确避碰功能的无人艇的制作方法

本实用新型涉及智能航海领域，具体是一种具备精确避碰功能的无人艇。

背景技术：

无人船是一种轻型智能水面载运工具，其智能化程度非常高。在国外一些国家，无人船广泛应用军事、科研等领域。然而，我国对于无人船的研究尚处于起步阶段。智能避碰技术作为无人船航行智能化的关键技术之一，对于无人船自主安全航行具有重要意义。而实现智能避碰的前提是准确而及时的获取水上障碍物信息，这就涉及无人艇的自主感知技术。

利用适当的传感器采集无人船航行环境信息具有重要意义。目前大多数无人船都采用航海雷达、激光雷达及摄像机等传感器。但由于该类传感器造价过高、容易受到天气影响等问题，限制了无人船自主避碰装置的进一步发展。

此外，在获取航行信息后，特别是遇到需要实施避碰措施改变航向的情形，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。

技术实现要素：

为解决现有无人艇在信息获取和航向控制方面存在的问题，本实用新型提供一种具备精确获取航行信息、环境适应性强和机动性能强且具备精确避碰功能的无人艇。

本实用新型的具体方案为：一种具备精确避碰功能的无人艇，该无人艇艏部甲板上开有升降舱，升降舱的舱口装有舱门，升降舱的底部安装有垂直升降装置，垂直升降装置上安装有具备垂直和水平转动功能的伺服云台，伺服云台上安装有毫米波雷达，在无人艇内还装控制器，控制器的输入端与毫米波雷达连接，控制器的输出端连接有位于无人艇艉部的航向控制装置，所述航向控制装置具有垂直传动轴，垂直传动轴的上端伸出甲板且在该端轴体上套装有联轴器，联轴器连接有圆锥齿轮，圆锥齿轮中小齿轮轴连接有步进电机，垂直传动轴的下端位于甲板下方且在该端轴体上连接有吊舱，吊舱内部设有驱动电机，驱动电机输出轴通过主轴连接有螺旋桨，在吊舱舱底下表面沿无人艇艇长方向设有一鳍型防撞板，鳍型防撞板的离地间距小于螺旋桨桨叶的离地间距。

本实用新型所述的升降舱底部垂直升降装置具有垂直安装的顶升气缸，顶升气缸活塞杆上设有安装板，所述伺服云台固定在安装板上。

本实用新型所述的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，舱体面向无人艇船艉一端的舱尾为弧形面。

本实用新型所述的控制器输出端分别与航向控制装置中的步进电机和驱动电机连接。

本实用新型的工作过程大致为：

1、无人艇出航时，打开升降舱的舱门，启动垂直升降装置，将伺服云台和毫米波雷达从升降舱中举升至无人艇艏部甲板上方；

2、启动伺服云台，调整毫米波雷达扫描方位，尽可能最大范围的获取无人艇前方的碍航信息；

3、毫米波雷达将收集的碍航信息输入至控制器，控制器根据预先设置的避碰规则，决定是否需要作出改变航向的决定；

4、如果控制器判断需要改变无人艇航向，此时，控制器根据判断规则得到的操作指令分别输出至航向控制装置中的步进电机和驱动电机，对无人艇的航向和航速进行调整，其中步进电机用于改变无人艇航向，驱动电机用于改变无人艇航速。

本实用新型具备的优势在于：

1、将毫米波雷达引入无人艇领域，代替传统的航海雷达、激光雷达及摄像机等传感器，不仅实现了无人艇自动测距和测速功能，还具备环境适应性强、检测灵敏度高等特点；

2、本航向控制装置具备极强的机动性能，基于步进电机和圆锥齿轮的转向结构，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；

3、本航向控制装置航向控制效率高，通过转动吊舱，直接利用螺旋桨驱动力进行航向控制，避免了现有技术中通过舵装置间接利用螺旋桨驱动力中出现的转向力矩损失的现象。

附图说明

图1为本实用新型示意图；

图2为本实用新型中升降舱、伺服云台和毫米波雷达安装示意图；

图3为本实用新型中航向控制装置示意图。

图中：1-无人艇，2-升降舱，3-舱门，4-垂直升降装置，5-垂直顶升气缸，6-安装板，7-伺服云台，8-毫米波雷达，9-控制器，10-航向控制装置，11-甲板，12-垂直传动轴，13-圆锥齿轮，14-步进电机，15-联轴器，16-舵角测量仪，17-吊舱，18-圆锥形面，19-弧形面，20-主轴，21-螺旋桨，22-鳍型防撞板。

具体实施方式

本实施例中，一种具备精确避碰功能的无人艇1，该无人艇1艏部甲板11上开有升降舱2，升降舱2的舱口装有舱门3，升降舱2的底部安装有垂直升降装置4，该垂直升降装置4具有垂直顶升气缸5，垂直顶升气缸5活塞杆上设有安装板6，在安装板6上固定有具备垂直和水平转动功能的伺服云台7，伺服云台7上安装有毫米波雷达8，以获取无人艇1前方的碍航信息，此外，当无人艇1处于靠泊停航状态时，为减缓伺服云台7和毫米波雷达8的损耗，垂直顶升气缸5收缩将伺服云台7和毫米波雷达8收纳至升降舱2中，同时舱口上的舱门3关闭。

本实施例中，在无人艇1的中部装控制器9，控制器9的输入端与毫米波雷达8连接，控制器9的输出端连接有位于无人艇1艉部的航向控制装置10，所述航向控制装置10具有垂直贯穿于无人艇尾部甲板11的垂直传动轴12，垂直传动轴12上部安装有圆锥齿轮13，圆锥齿轮13中小齿轮轴连接有步进电机14，步进电机14与控制器9构成驱动连接，以控制无人艇1的航向，垂直传动轴12上端端部通过联轴器15安装有舵角测量仪16，垂直传动轴12下端位于甲板11下方的轴体上连接有吊舱17，吊舱17具有圆柱形舱体，舱体面向无人艇1船艏一端的舱头为圆锥形面18，舱体面向无人艇1船艉一端的舱尾为弧形面19；吊舱17内部设有驱动电机（图中未画出），驱动电机也与与控制器9构成驱动连接，以控制无人艇1的航速，驱动电机输出轴通过主轴20连接有螺旋桨21，在吊舱17舱底下表面沿无人艇1艇长方向设有鳍型防撞板22，鳍型防撞板22的离地间距小于螺旋桨21桨叶的离地间距。