风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台及控制方法与流程

本发明涉及无人船技术领域，尤其涉及一种风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台及控制方法。

背景技术：

随着社会和经济的不断发展，为了更好地利用海洋资源，人们加快了对海洋的探测，出现了各种各样能够搭载海上检测仪器的海上无人航行器。传统的海上无人航行器可以采用蓄电池作为动力，受蓄电池的容量所限，无人航行器的续航时间较短。为了增加无人航行器的续航时间，采用风力驱动的无人帆船被广泛的使用，无人帆船是以风力作为驱动力进行自动行驶的。但是，在实际使用过程中发现，由于受海上风力的影响，无人航行器无法在水上的原位置悬停，这对于海上悬停作业会造成不利的影响，导致使用可靠性较差。如何设计一种可以根据需要在原位悬停以满足海上作业使用要求的无人船技术是本发明所要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台及控制方法，实现风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台能够在指定位置悬停以满足海上作业的要求，提高了风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台的使用可靠性。

本发明提供的技术方案是，一种风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台，包括：支撑架、舱体、升降帆和多个浮体组件；所述舱体和所述升降帆安装在所述支撑架的上部，多个所述浮体组件安装在所述支撑架的底部，所述浮体组件包括浮体、推进器和角度调节机构，所述推进器设置在所述浮体的一端部，所述浮体通过所述角度调节机构安装在所述支撑架上，所述角度调节机构用于调节所述浮体相对于所述支撑架的偏转角度；所述舱体中设置有控制器、电子罗盘、gps定位器和蓄电池，所述舱体的外壁上设置有太阳能电池板；所述电子罗盘、所述gps定位器、所述蓄电池、所述太阳能电池板分别与所述控制器电连接，所述推进器和所述角度调节机构分别与所述控制器电连接。

进一步的，所述角度调节机构包括第一电机和传动轴，所述第一电机固定设置在所述浮体中，所述传动轴固定设置在所述支撑架的底部，所述第一电机与所述传动轴驱动连接，所述第一电机转动以带动所述浮体相对于所述支撑架转动。

进一步的，所述浮体的上部设置有轴承座，所述轴承座中设置有轴承，所述传动轴设置在所述轴承的内圈，所述第一电机的外壳固定在所述轴承座上。

进一步的，所述浮体上设置有安装口，所述安装口上遮盖有密封盖板，所述轴承座固定连接在所述密封盖板上，所述密封盖板上设置有轴孔，所述传动轴密封穿过所述轴孔；所述第一电机的外壳上设置有连接架，所述连接架固定连接在所述轴承座上。

进一步的，所述传动轴为中空轴，所述风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台还包括滑环组件，所述滑环组件包括电连接的外滑环和内滑环，所述推进器和所述第一电机的连接线分别连接所述外滑环，所述内滑环的线缆穿过所述传动轴并与所述控制器连接。

进一步的，所述升降帆包括桅杆、帆布、绳索、第二电机、第一收卷轴和第二收卷轴，所述桅杆的顶部设置有滑轮，所述桅杆的底部设置有安装架，所述第一收卷轴和所述第二收卷轴相互平行并可转动的安装在所述安装架上；所述第一收卷轴的端部设置有第一齿轮，所述第二收卷轴的端部设置有第二齿轮，所述第一齿轮与对应的所述第二齿轮之间啮合有第三齿轮；所述第二电机设置在所述安装架上并用于驱动所述第一收卷轴或所述第二收卷轴转动，所述绳索缠绕在所述第一收卷轴上，所述帆布缠绕在所述第二收卷轴上，所述绳索绕过所述滑轮与所述帆布连接。

进一步的，所述桅杆的顶部还设置有分别与所述控制器连接的风向检测器和风速检测器，所述支撑架上还设置有用于驱动所述桅杆转动的驱动机构，所述驱动机构包括第三电机和蜗轮蜗杆减速器，所述第三电机的转轴与所述蜗轮蜗杆减速器的动力输入轴连接，所述桅杆的下端部可转动的安装在所述支撑架上并与所述蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴连接。

进一步的，所述浮体的横截面为翼型结构。

本发明还提供一种上述风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台的控制方法，包括：风力航行模式、助力航行模式和悬停模式；

风力航行模式下，当风速传感器检测到外界风速在设定的风速范围内时，则升起帆布以利用风力前行，同时，调整各个浮体转动以使得所述风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台沿设定轨迹前行；

助力航行模式下，当风速传感器检测到外界风速超出设定的风速范围时，则收卷帆布并启动推进器前行，同时，调整各个浮体转动以使得所述风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台沿设定轨迹前行；

悬停模式下，收卷帆布，同时，调整各个浮体转向悬停位置并根据电子罗盘和gps定位器检测的信号来控制不同位置的推进器启停。

进一步的，悬停模式下包括方位调整工序和位置调整工序；

姿态调整工序下，控制器根据电子罗盘检测到的实时方向信息与悬停初始阶段的方向信息进行比较，然后控制对应的推进器启动使得风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台的朝向悬停初始阶段的方向；

位置调整工序下，控制器根据gps定位器检测到的实时位置信息与悬停初始阶段的位置信息进行比较，然后控制对应的推进器启动使得风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台移动到悬停初始阶段的位置。

本发明提供的风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台及控制方法，通过在支撑架的底部配置多个可以转动的浮体组件，浮体组件能够根据使用需要通过角度调节机构来调节浮体的朝向，这样，在正常航行过程中，则多个浮体适应性的调整转动以使得搭载平台能够精确的沿设定轨迹前行，而当需要悬停时，则可以调整各个浮体朝向悬停位置处，并通过各个浮体上的推进器来保证搭载平台维持在悬停位置处，以满足在海上悬停作业的要求，确保悬停作业的安全可靠性，提高了使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台实施例的结构示意图；

图2为本发明风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台实施例处于航行状态的局部示意图；

图3为本发明风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台实施例处于悬停状态的局部示意图；

图4为本发明风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台实施例中浮体组件的剖视图；

图5为本发明风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台实施例中升降帆的侧视图；

图6为本发明风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台实施例中升降帆的局部俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图6所示，本实施例风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台包括支撑架1、舱体2、升降帆3和多个浮体组件4；舱体2和升降帆3安装在支撑架1的上部，多个浮体组件4安装在支撑架1的底部，浮体组件4包括浮体41、推进器42和角度调节机构43，推进器42设置在浮体41的一端部，浮体41通过角度调节机构43安装在支撑架1上，角度调节机构43用于调节浮体41相对于支撑架1的偏转角度；舱体2中设置有控制器（未图示）、电子罗盘（未图示）、gps定位器（未图示）和蓄电池（未图示），舱体2的外壁上设置有太阳能电池板21；电子罗盘、gps定位器、蓄电池、太阳能电池板分别与控制器电连接，推进器42和角度调节机构43分别与控制器电连接。

具体而言，本实施例风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台通过支撑架1来组装各个部件，舱体2中则配置控制器（未图示）、电子罗盘（未图示）、gps定位器（未图示）和蓄电池等控制检测设备，还可以根据实际需要配置实验设备，太阳能电池板能够利用太阳光发电并将电能存储在蓄电池中，控制器则根据电子罗盘和gps定位器检测到的信号来控制搭载平台的方位和航行状态。其中，升降帆3通常包括桅杆31和可升降的帆布32，在风速满足要求的情况下，升降帆3的帆布32升起以利用风力驱动搭载平台安装行驶轨迹航行，此时，控制器则根据电子罗盘和gps定位器检测到的信号来控制角度调节机构43动作以使得浮体41朝向航行方向；而在风速不满足要求的情况下，则升降帆3的帆布32下降收卷，控制器通过蓄电池向推进器42供电来实现航行。而当需要在指定位置悬停作业时，首先控制器控制角度调节机构43动作以使得各个浮体41朝向悬停位置处，而当发生偏离是，则根据gps定位器检测到的信号来控制对应的推进器42动作使得搭载平台移动至悬停位置。优选的，浮体41的横截面为翼型结构，具体的，采用翼型截面结构的浮体41具有导向的作用，在正常行时，则通过调节多个浮体41的朝向来控制航行方向，从而无需额外配置船舵来控制方向。

其中，为了方便快速是升帆或降帆，升降帆3还包括绳索33、第二电机34、第一收卷轴35和第二收卷轴36，桅杆31的顶部设置有滑轮311，桅杆31的底部设置有安装架312，第一收卷轴35和第二收卷轴36相互平行并可转动的安装在安装架312上；第一收卷轴35的端部设置有第一齿轮37，第二收卷轴36的端部设置有第二齿轮38，第一齿轮与对应的第二齿轮之间啮合有第三齿轮39；第二电机34设置在安装架312上并用于驱动第一收卷轴35或第二收卷轴36转动，绳索33缠绕在第一收卷轴35上，帆布32缠绕在第二收卷轴36上，绳索33绕过滑轮与帆布32连接。具体的，以第二电机34驱动第一收卷轴35转动为例，第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮39配合，能够实现第一收卷轴35和第二收卷轴36同步同向转动。另外，桅杆31的顶部还设置有分别与控制器连接的风向检测器5和风速检测器6，支撑架1上还设置有用于驱动桅杆31转动的驱动机构7，驱动机构包括第三电机（未标记）和蜗轮蜗杆减速器（未标记），第三电机的转轴与蜗轮蜗杆减速器的动力输入轴连接，桅杆31的下端部可转动的安装在支撑架1上并与蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴连接。

进一步的，角度调节机构43包括第一电机431和传动轴432，第一电机431固定设置在浮体41中，传动轴432固定设置在支撑架1的底部，第一电机431与传动轴432驱动连接，第一电机431转动以带动浮体41相对于支撑架1转动。具体的，传动轴432固定在支撑架1上，而第一电机431则固定在浮体41中，控制器驱动第一电机431转动后，便可以实现浮体41相对于支撑架1转动，以实现调节浮体41的角度，其中，为了准确的控制浮体41转动的角度，风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台针对每个浮体41配置有角度传感器，通过角度传感器来检测浮体41的转动角度，其中，角度传感器的具体表现实体及安装方式，可以参考常规测量角度设备的结构和安装方式，在此不做限制和赘述。其中，浮体41的上部设置有轴承座411，轴承座中设置有轴承412，传动轴432设置在轴承的内圈，第一电机431的外壳固定在轴承座上。具体的，为了确保浮体41能够顺畅的相对于支撑架1转动，浮体41则通过轴承安装到传动轴432上；而为了确保浮体41内部的密封性，浮体41上设置有安装口（未标记），安装口上遮盖有密封盖板413，轴承座固定连接在密封盖板上，密封盖板上设置有轴孔（未标记），传动轴432密封穿过轴孔；第一电机431的外壳上设置有连接架433，连接架固定连接在轴承座上，而轴孔中还可以设置有动密封圈，传动轴432插在动密封圈中。优选的，传动轴432为中空轴，风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台还包括滑环组件44，滑环组件包括电连接的外滑环441和内滑环442，推进器42和第一电机431的连接线分别连接外滑环，内滑环的线缆穿过传动轴432并与控制器连接，具体的，为了方便浮体41中的电气设备与舱体2中的控制器连接，则通过配置滑环组件44并利用中空的传动轴432来走线。

本发明还提供一种风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台的控制方法，包括：风力航行模式、助力航行模式和悬停模式；

风力航行模式下，当风速传感器检测到外界风速在设定的风速范围内时，则升起帆布以利用风力前行，同时，调整各个浮体转动以使得风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台沿设定轨迹前行。具体的，在风力航行模式下则通过升降帆利用风力来驱动搭载平台航行，而航行过程中，则通过调节浮体转动以确保搭载平台沿着设定轨迹航行。

助力航行模式下，当风速传感器检测到外界风速超出设定的风速范围时，则收卷帆布并启动推进器前行，同时，调整各个浮体转动以使得风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台沿设定轨迹前行。具体的，助力航行模式下，升降帆收起帆布，控制器通过蓄电池给推进器供电，由多个推进器来驱动搭载平台航行，同样的，航行过程中，则通过调节浮体转动以确保搭载平台沿着设定轨迹航行。

悬停模式下，收卷帆布，同时，调整各个浮体转向悬停位置并根据电子罗盘和gps定位器检测的信号来控制不同位置的推进器启停。具体的，悬停模式，要确保搭载平台保持在悬停位置周围设定的距离范围内，由于受海风和海浪的影响，搭载平台会发生方向和位置的改动，此时，由电子罗盘和gps定位器配合检测方位信息来调整搭载平台的方位，以位置搭载平台在悬停位置周围设定的距离范围内。其中，悬停模式下包括方位调整工序和位置调整工序；姿态调整工序下，控制器根据电子罗盘检测到的实时方向信息与悬停初始阶段的方向信息进行比较，然后控制对应的推进器启动使得风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台的朝向悬停初始阶段的方向；位置调整工序下，控制器根据gps定位器检测到的实时位置信息与悬停初始阶段的位置信息进行比较，然后控制对应的推进器启动使得风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台移动到悬停初始阶段的位置。

本发明提供的风帆助力多浮体联动无人水上搭载平台及控制方法，通过在支撑架的底部配置多个可以转动的浮体组件，浮体组件能够根据使用需要通过角度调节机构来调节浮体的朝向，这样，在正常航行过程中，则多个浮体适应性的调整转动以使得搭载平台能够精确的沿设定轨迹前行至朝向航行方向的姿态，而当需要悬停时，则可以调整各个浮体朝向悬停位置处，并通过各个浮体上的推进器来保证搭载平台维持在悬停位置处，以满足在海上悬停作业的要求，确保悬停作业的安全可靠性，提高了使用可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。