本发明属于无人船领域，具体涉及一种无人式紧急供电船自动系泊及电缆自动连接系统。
背景技术
核能发电作为最有希望和潜力的一种能源供应方式，受到人们的追捧。但近年来的一些核电站事故的发生，让人们在设计核电站时将更多的注意力放到了安全性及事故紧急处理措施上。当核电站由于某些原因，造成处理系统特别是降温系统电力供应不足或供应断绝时，极易发生严重危险事故，此时需要外部供电设备对系统进行紧急供电。考虑到一般核电站多建于沿海，因此利用船载紧急供电设备可以在短时间内为事故单位提供电力。由于核电事故发生后多有核泄漏问题，将对工作人员的健康产生很大的影响，因此急需一种无人化辅助系统对紧急供电船进行一系列的帮助，其中就包括自动系泊及供电缆线的连接两方面问题。
目前已有的自动系泊系统包括电磁吸附、真空吸附及机械式等各种方式，相对于其他两种方式，电磁吸附结构简单，操作方便，可靠性高。但目前多数现有专利还是需要现场人工进行辅助操作，不符合危险环境下的无人化操作的要求。同时目前现有专利的电缆连接方式还没有进行无人化方面的设计，属于技术空白。
技术实现要素：
本发明提供了一种无人式紧急供电船自动系泊及电缆自动连接系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明公开的一种无人式紧急供电船自动系泊及电缆自动连接系统，由三部分组成，第一部分为自动系泊系统，第二部分为电缆自动连接系统，第三部分为辅助系统；自动系泊系统的机械臂(1.2)包括第一控制模块、电磁吸附模块(1.1)、第一液压执行模块；电缆自动连接系统包括自动伸缩跳板(2.1)、电缆绞盘(2.2)、无人车(3.1)，其中自动伸缩跳板(2.1)包括第二控制模块、第二液压执行模块、电力绞盘模块，电缆绞盘(2.2)包括第三控制模块、液压电机执行模块、测量模块、感应模块，无人车(3.1)包括无人车车体、中央处理模块、动力驱动模块、图像采集模块(3.2)、电缆连接模块(3.3)；辅助系统包括远程控制端(4.1)、岸基电台(4.2)、固定式供电接口(4.3)、岸基吸附铁板(4.4)、船载电台(4.5)、船载信息处理终端(4.6)；电磁吸附模块(1.1)由第一液压执行模块与船体一侧连接，电缆绞盘(2.2)位于船体上部，电缆绞盘(2.2)通过电缆与无人车(3.1)后端连接，无人车(3.1)上方为图像采集模块(3.2)，无人车(3.1)前端为图像采集模块(3.2)，自动伸缩跳板(2.1)位于甲板边沿，与电磁吸附模块(1.1)同侧，岸基吸附铁板(4.4)贴位于岸边墙体，远程控制端(4.1)、岸基电台(4.2)、固定式供电接口(4.3)位于岸上，船载信息处理终端(4.6)、船载电台(4.5)位于船体中。
所述自动系泊系统安装于无人船上的机械臂(1.2)的电磁吸附模块(1.1)由电磁体及缓冲垫组成，第一液压执行模块包括液压缸、剪式铰结构、滑块导轨结构，其中滑块导轨结构安装在剪式铰结构的驱动端。
所述电缆自动连接系统的自动伸缩跳板(2.1)的第二液压执行模块由多段式跳板和液压缸组成，液压缸安装于船体与多段式跳板之间，多段式跳板为一组金属板，自动伸缩跳板(2.1)的电力绞盘模块由液压电机、绞盘、钢索及滑轮组组成。
所述电缆自动连接系统电缆绞盘(2.2)的液压电机执行模块由液压电机及卷筒组成，测量模块的编码器为旋转编码器，感应模块的传感器为压力传感器。
所述的无人车(3.1)的动力驱动模块包括一组直流电机、驱动器、履带，图像采集模块(3.2)的摄像头为全景摄像头，电缆连接模块(3.3)的电缆连接插头与港口所布置的固定式电源接口进行自动连接。
本发明的有益效果在于：
解决了核电站危险环境下备用供电的难题，并且解决了现有发明专利需有人操控情况下才可完成缆线连接工作。本发明无人化程度高，安全性高，结构简单、可靠性高，同时还可以根据具体情况拓展到其他设备的紧急供电，适用范围广。
附图说明
图1为本发明公开的系统组成图；
图2为本发明公开的使用布置俯视图；
图3为本发明公开的使用布置侧视图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
为实现上述目的，本发明公开的一种无人式紧急供电船自动系泊及电缆自动连接系统，由三部分组成，第一部分为自动系泊系统，通过机械臂(1.2)前端的电磁吸盘与特殊布置的码头铁板进行磁力吸附以实现系泊功能，第二部分为电缆自动连接系统，实现电缆投放及电缆输送功能，其中电缆传输工作由可远程控制的无人车(3.1)承担并且电缆末端设置有供电接头，无人车(3.1)通过图像采集装置为远程操作端提供码头实时图像，当无人车(3.1)行进到码头固定式供电接口(4.3)位置时可对电缆进行连接，第三部分为辅助系统，可实现远程控制、信息整合及岸船通讯等功能，对以上两个系统起到辅助作用；自动系泊系统的机械臂(1.2)包括第一控制模块、电磁吸附模块(1.1)、第一液压执行模块；电缆自动连接系统包括自动伸缩跳板(2.1)、电缆绞盘(2.2)、无人车(3.1)，其中自动伸缩跳板(2.1)包括第二控制模块、第二液压执行模块、电力绞盘模块，电缆绞盘(2.2)包括第三控制模块、液压电机执行模块、测量模块、感应模块，无人车(3.1)包括无人车车体、中央处理模块、动力驱动模块、图像采集模块(3.2)、电缆连接模块(3.3)；辅助系统包括远程控制端(4.1)、岸基电台(4.2)、固定式供电接口(4.3)、岸基吸附铁板(4.4)、船载电台(4.5)、船载信息处理终端(4.6)；电磁吸附模块(1.1)由第一液压执行模块与船体一侧连接，电缆绞盘(2.2)位于船体上部，电缆绞盘(2.2)通过电缆与无人车(3.1)后端连接，无人车(3.1)上方为图像采集模块(3.2)，无人车(3.1)前端为图像采集模块(3.2)，自动伸缩跳板(2.1)位于甲板边沿，与电磁吸附模块(1.1)同侧，岸基吸附铁板(4.4)贴位于岸边墙体，远程控制端(4.1)、岸基电台(4.2)、固定式供电接口(4.3)位于岸上，船载信息处理终端(4.6)、船载电台(4.5)位于船体中。
所述自动系泊系统安装于无人船上的机械臂(1.2)的电磁吸附模块(1.1)由电磁体及缓冲垫组成，前者用来提供磁力，后者用来减少吸附过程中的冲击；第一液压执行模块包括液压缸、剪式铰结构、滑块导轨结构，其中滑块导轨结构安装在剪式铰结构的驱动端，滑块导轨结构与剪式铰结构进行组合，液压缸通过驱动滑块导轨结构对剪式铰结构进行控制，从而实现吸盘的伸出与收回动作；控制模块与电磁吸附模块(1.1)及液压驱动模块之间有信息传递，可根据实际情况对电磁吸附模块(1.1)磁力的生成及磁力进行控制，同时通过控制液压驱动模块的液压缸来控制吸盘的动作。
所述电缆自动连接系统的自动伸缩跳板(2.1)的第二液压执行模块由多段式跳板和液压缸组成，液压缸安装于船体与多段式跳板之间，多段式跳板为一组金属板，属板之间可通过滑道实现有限的位移，当金属板完全伸出时可到达最大长度，完全收回时长度最小，便于收纳，液压缸安装于船体与多段式跳板之间，可控制跳板的俯仰角度；自动伸缩跳板(2.1)的电力绞盘模块由液压电机、绞盘、钢索及滑轮组组成，液压电机控制钢索的收放，在滑轮组的辅助下控制多段式跳板的伸出与收回；控制模块通过控制液压缸及液压电机从而实现所需的动作。
所述电缆自动连接系统电缆绞盘(2.2)的液压电机执行模块由液压电机及卷筒组成，可通过调节电机的正转和反转将电缆放出和收回；测量模块的编码器为旋转编码器，可以测量电缆收放的长度；感应模块的传感器为压力传感器，可根据测量到的压力调节电缆放出和回收的速度；控制模块主要起到控制电机旋转方向、旋转速度、旋转圈数的作用。
所述的无人车(3.1)的动力驱动模块包括一组直流电机、驱动器、履带，图像采集模块(3.2)的摄像头为全景摄像头，中央处理模块对摄像头采集到的图像进行处理，图像信息传输到船上后发送到远程控制端(4.1)，该模块还可对接收到的远程控制端(4.1)的指令进行处理，控制无人车(3.1)的运动；电缆连接模块(3.3)为插头式设计，可与岸基上的供电桩进行对接，实现电力的传递。
辅助系统的船载信息处理终端(4.6)由计算机组成，可实现以下两个功能：1)接收船载装置的状态信息，将状态信息发送到远程控制端(4.1)并根据该信息对船载装置发送状态调整指令；2)接收远程控制端(4.1)发送的控制指令并发送给相应的船载装置。远程控制端(4.1)由计算机组成，可对部分船载装置进行远程控制并对接收到的船载装置状态信息进行处理和显示。船载电台(4.5)用于与远程控制端(4.1)的通讯，包括船载装置的状态信息的发送与远程控制端(4.1)指令的接收。岸基电台(4.2)用于与船载信息处理终端(4.6)的通讯，包括远程控制端(4.1)指令的发送与船载装置的状态信息的接收。岸基吸附铁板(4.4)安装于港口位置，为电磁吸附提供吸附位置。固定式供电接口(4.3)为紧急供电系统提供电源输入口。
整个系统的工作过程为：
当无人船进入港口后通过远程控制端(4.1)控制其逐渐靠近码头后，此时机械臂(1.2)通过控制模块控制液压缸运动实现电磁吸附模块(1.1)伸出船体主动接近岸基吸附铁板(4.4)，同时电磁吸附模块(1.1)通电并具有磁性，当电磁吸附模块(1.1)靠近岸基吸附铁板(4.4)时，二者之间形成强大的吸引力，吸附完成后，机械臂(1.2)执行收回的动作，利用由此形成的作用力实现固定船体位置的功能。
当无人船自动系泊结束后，自动伸缩跳板(2.1)开始运作，其液压执行模块控制跳板抬起一定的角度，同时电力绞盘模块启动，控制多段式跳板伸长，两组模块协作将跳板末端搭接于岸上，搭建甲板与岸上的临时通道。通达搭建完毕后，无人车(3.1)开始运作，首先启动图像采集模块(3.2)。无人车(3.1)通过远程控制端(4.1)的远程操控实现运动，图像采集模块(3.2)将实时的视频图像传回船载信息处理终端(4.6)并通过电台发送给远程控制端(4.1)，远端操作员根据传回的视频图像判断行动路线及固定式供电接口(4.3)的位置。无人车(3.1)运行过程中，电缆绞盘(2.2)将连接在无人船上的电缆传送到岸上，同时可以为无人车(3.1)提供足够的运动范围。电缆绞盘(2.2)在运行过程中，测量模块将会测量所放出的电缆的长度，为之后的回收工作提供所需收回的长度依据，同时感应模块将会根据电缆的拉力情况调节电缆的释放速度，当拉力过大时，加速释放电缆，当拉力较小时，可适当降低电缆释放速度。当无人车(3.1)通过远程控制运行到既定位置后，车载电缆连接模块(3.3)将与固定式供电接口(4.3)进行自动连接。确认连接完成后，无人船即可为岸上装置提供电力。
当紧急供电工作完成时，需要对无人车(3.1)、电缆进行回收，并停运系泊系统从而使得无人船安全驶离港口，具体步骤为：通过远程控制端(4.1)控制无人船停止对岸上的供电，之后远程操控无人车(3.1)上的车载电缆连接模块(3.3)与固定式供电接口(4.3)断开连接，并运行到靠近船体的位置；在无人车(3.1)回程的过程中，电缆绞盘(2.2)开始执行电缆回收动作，绞盘会根据测量模块测量到的电缆释放长度调整所需回收的长度，同时其感应模块将会根据电缆的拉力调节电缆的回收速度，当拉力过大时，降低电缆回收速度，当拉力较小时，可适当加快电缆释放速度。无人车(3.1)最后通过自动伸缩跳板(2.1)所搭建的通道回到甲板上，确定无人车(3.1)回收完毕后，自动伸缩跳板(2.1)启动收回的指令，断开临时通道。
当电缆及无人车(3.1)回收完毕时，停止对机械臂(1.2)前端的电磁吸附装置的供电，此时电磁吸附装置与码头布置的岸基吸附铁板(4.4)之间的磁力消失，机械臂(1.2)执行回收动作，靠近船身，恢复到未工作时的初始状态，无人船得以驶离港口。
实施例2
本发明涉及无人船领域，尤其涉及无人式紧急供电船的自动系泊及电缆自动连接系统。
核能发电作为最有希望和潜力的一种能源供应方式，受到人们的追捧。但近年来的一些核电站事故的发生，让人们在设计核电站时将更多的注意力放到了安全性及事故紧急处理措施上。当核电站由于某些原因，造成处理系统特别是降温系统电力供应不足或供应断绝时，极易发生严重危险事故，此时需要外部供电设备对系统进行紧急供电。考虑到一般核电站多建于沿海，因此利用船载紧急供电设备可以在短时间内为事故单位提供电力。由于核电事故发生后多有核泄漏问题，将对工作人员的健康产生很大的影响，因此急需一种无人化辅助系统对紧急供电船进行一系列的帮助，其中就包括自动系泊及供电缆线的连接两方面问题。
目前已有的自动系泊系统包括电磁吸附、真空吸附及机械式等各种方式，相对于其他两种方式，电磁吸附结构简单，操作方便，可靠性高。但目前多数现有专利还是需要现场人工进行辅助操作，不符合危险环境下的无人化操作的要求。同时目前现有专利的电缆连接方式还没有进行无人化方面的设计，属于技术空白。
本发明旨在设计一种可应用于紧急供电船自动系泊及供电线路连接系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明设计了自动系泊、电缆自动连接及辅助系统三部分子系统。自动系泊系统通过机械臂前端的电磁吸盘与特殊布置的码头铁板进行磁力吸附以实现系泊功能。电缆自动连接系统电缆自动连接系统可实现电缆投放及电缆输送功能，其中电缆传输工作由可远程控制的无人车承担并且电缆末端设置有供电接头，无人车通过图像采集装置为远程操作端提供码头实时图像，当无人车行进到码头固定式供电接口位置时可对电缆进行连接。辅助系统可实现远程控制、信息整合及岸船通讯等功能，对以上两个系统起到辅助作用。
自动系泊系统安装于无人船上，主要结构为一组机械臂。机械臂由控制模块、电磁吸附模块及液压执行模块组成。其中电磁吸附模块由电磁体及缓冲垫组成，前者用来提供磁力，后者用来减少吸附过程中的冲击；液压执行模块包括液压缸、剪式铰结构、滑块导轨结构。滑块导轨结构与剪式铰结构进行组合，液压缸通过驱动滑块导轨结构对剪式铰结构进行控制，从而实现吸盘的伸出与收回动作；控制模块与电磁吸附模块及液压驱动模块之间有信息传递，可根据实际情况对电磁吸附模块磁力的生成及磁力进行控制，同时通过控制液压驱动模块的液压缸来控制吸盘的动作。
电缆自动连接系统的自动伸缩跳板由控制模块、液压执行模块、电力绞盘模块三部分组成并安装于无人船上。其中液压执行模块由多段式跳板和液压缸组成，金属板之间可通过滑道实现有限的位移，当金属板完全伸出时可到达最大长度，完全收回时长度最小，便于收纳，液压缸安装于船体与多段式跳板之间，可控制跳板的俯仰角度；电力绞盘模块由液压电机、绞盘、钢索及滑轮组组成，液压电机控制钢索的收放，在滑轮组的辅助下控制多段式跳板的伸出与收回；控制模块通过控制液压缸及液压电机从而实现所需的动作。
电缆自动连接系统的电缆绞盘由控制模块、液压电机驱动模块、测量模块及感应模块四部分组成并安装于无人船上。其中，液压电机驱动模块由液压电动机和电缆卷筒组成，可通过调节电机的正转和反转将电缆放出和收回；测量模块主体为旋转编码器，可以测量电缆收放的长度；感应模块主体为压力传感器，可根据测量到的压力调节电缆放出和回收的速度；控制模块主要起到控制电机旋转方向、旋转速度、旋转圈数的作用。
电缆自动连接系统的无人车由无人车车体、中央处理模块、动力驱动模块、图像采集模块及电缆连接模块五部分组成。其中无人车车体为主体框架，为其他模块提供安装位置；动力驱动模块包括直流电机、驱动器及履带三部分；图像采集模块主体为一枚全景摄像头；中央处理模块对摄像头采集到的图像进行处理，图像信息传输到船上后发送到远程控制端，该模块还可对接收到的远程控制端的指令进行处理，控制无人车的运动；电缆连接模块为插头式设计，可与岸基上的供电桩进行对接，实现电力的传递。
辅助系统由船载信息处理终端、船载电台、远程控制端、岸基电台、岸基吸附铁板及固定式供电接口六部分组成，其中船载信息处理终端及船载电台安装于无人船上，远程控制端、岸基电台、岸基吸附铁板及固定式供电接口安装于岸上。
辅助系统的船载信息处理终端由计算机组成，可实现以下两个功能：1)接收船载装置的状态信息，将状态信息发送到远程控制端并根据该信息对船载装置发送状态调整指令；2)接收远程控制端发送的控制指令并发送给相应的船载装置。远程控制端由计算机组成，可对部分船载装置进行远程控制并对接收到的船载装置状态信息进行处理和显示。船载电台用于与远程控制端的通讯，包括船载装置的状态信息的发送与远程控制端指令的接收。岸基电台用于与船载信息处理终端的通讯，包括远程控制端指令的发送与船载装置的状态信息的接收。岸基吸附铁板安装于港口位置，为电磁吸附提供吸附位置。固定式供电接口为紧急供电系统提供电源输入口。
本发明技术方案，具有如下优点：
解决了核电站危险环境下备用供电的难题，并且解决了现有发明专利需有人操控情况下才可完成缆线连接工作。本发明无人化程度高，安全性高，结构简单、可靠性高，同时还可以根据具体情况拓展到其他设备的紧急供电，适用范围广。
为使本发明实施方式便于理解，将结合附图的形式进行展示。
本发明具体实施方式如图1、图2所示，一种可应用于紧急供电船自动系泊及供电线路连接系统，由自动系泊及电缆自动连接两部分子系统组成。其中自动系泊系统主体为机械臂1.2，通过机械臂前端的电磁吸附装置1.1与码头布置的岸基吸附铁板4.4之间进行磁力吸附，完成系泊。其中机械臂部分还包括控制模块和液压驱动模块，以保证机械臂的运作。电缆自动连接系统由自动伸缩跳板2.1、无人车3.1及电缆绞盘2.2组成。其中自动伸缩跳板2.1主要的作用是为无人车3.1提供从甲板到岸上的通道，并通过配合电缆绞盘2.2，实现电缆的递送及回收功能。同时自动伸缩跳板2.1还包括控制模块、液压执行模块、电力绞盘模块。无人车3.1的车体部分载有图像采集模块3.2及电缆连接模块3.3。无人车3.1还包括中央处理模块及动力驱动模块这两部分。
具体来说，当无人船进入港口后通过远程控制端4.1控制其逐渐靠近码头后，此时机械臂1.2通过控制模块控制液压缸运动实现电磁吸附模块伸出船体主动接近岸基吸附铁板4.4，同时电磁吸附模块1.1通电并具有磁性，当电磁吸附模块1.1靠近岸基吸附铁板4.4时，二者之间形成强大的吸引力，吸附完成后，机械臂1.2执行收回的动作，利用由此形成的作用力实现固定船体位置的功能。
当无人船自动系泊结束后，自动伸缩跳板2.1开始运作，其液压执行模块控制跳板抬起一定的角度，同时电力绞盘模块启动，控制多段式跳板伸长，两组模块协作将跳板末端搭接于岸上，搭建甲板与岸上的临时通道。通达搭建完毕后，无人车3.1开始运作，首先启动图像采集模块3.2。无人车3.1通过远程控制端4.1的远程操控实现运动，图像采集模块3.2将实时的视频图像传回船载信息处理终端4.6并通过电台发送给远程控制端4.1，远端操作员根据传回的视频图像判断行动路线及固定式供电接口4.3的位置。无人车3.1运行过程中，电缆绞盘2.2将连接在无人船3.1上的电缆传送到岸上，同时可以为无人车3.1提供足够的运动范围。电缆绞盘2.2在运行过程中，测量模块将会测量所放出的电缆的长度，为之后的回收工作提供所需收回的长度依据，同时感应模块将会根据电缆的拉力情况调节电缆的释放速度，当拉力过大时，加速释放电缆，当拉力较小时，可适当降低电缆释放速度。当无人车3.1通过远程控制运行到既定位置后，车载电缆连接模块3.3将与固定式供电接口4.3进行自动连接。确认连接完成后，无人船即可为岸上装置提供电力。
当紧急供电工作完成时，需要对无人车、电缆进行回收，并停运系泊系统从而使得无人船安全驶离港口，具体步骤为：通过远程控制端4.1控制无人船停止对岸上的供电，之后远程操控无人车3.1上的车载电缆连接模块3.3与固定式供电接口4.3断开连接，并运行到靠近船体的位置；在无人车3.1回程的过程中，电缆绞盘2.2开始执行电缆回收动作，绞盘会根据测量模块测量到的电缆释放长度调整所需回收的长度，同时其感应模块将会根据电缆的拉力调节电缆的回收速度，当拉力过大时，降低电缆回收速度，当拉力较小时，可适当加快电缆释放速度。无人车3.1最后通过自动伸缩跳板2.1所搭建的通道回到甲板上，确定无人车3.1回收完毕后，自动伸缩跳板2.1启动收回的指令，断开临时通道。
当电缆及无人车3.1回收完毕时，停止对机械臂1.2前端的电磁吸附装置1.1的供电，此时电磁吸附装置1.1与码头布置的岸基吸附铁板4.4之间的磁力消失，机械臂1.2执行回收动作，靠近船身，恢复到未工作时的初始状态，无人船得以驶离港口。
以上各实施仅用以说明本发明的技术方案，其描述较为详细，但并不能理解为对该发明的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理和技术方案的前提下，还可以做出若干修改和变形，这些修改和变形同样视为该发明的保护范围。