一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置及其控制方法

摘要

本发明公开了一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置及其控制方法，包括船体组件，所述船体组件包括主船体、设置于主船体的浮体组件，以及设置于所述主船体与浮体组件之间的伸缩连接件；感应模块，用于采集浅水作业的环境信号并进行信号传输；控制模块，用于接收环境信号以及对无人船进行控制。本发明方法通过对无人船设置远程控制匹配；通过感应模块采集信号及信号传输；再进行解析和处理，判断是否进行无人船多形态变换，工作计划完成后返回返航点。本发明通过设计无人船的结构，使得无人船在浅水作业的设备能充分利用无人船平台，解决作业稳定性和安全性差的问题，也降低整船故障性，减小无人船设备体积，便于运输转运。

说明书

技术领域

本发明涉及无人船技术领域，特别涉及一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置及其控制方法。

背景技术

当前，为提高水上作业效率，降低人员安全风险，无人化智能作业船舶已逐渐变多，搭载的水上作业设备也月来越复杂和大型化，且很多设备是很精密贵重的，设备在无人设备上进行作业时，安全保护和稳定性非常重要。浅水设备需要浸入水中作业，不用时需要脱离水面，避免长期浸泡海水腐蚀；设备贵重，遇浅滩礁石或其它障碍物时，需要进行自我保护；设备作业对平台稳定性要求高，平台宽大且尽量少晃动；整套设备需便于运输转运；设备故障率低。

现有技术的不足之处在于，传统无人船设备平台较为宽大，不便于运输。在浅水作业时无法同时做到入水和脱离水面的操作。无法使得升降器既要活动，又要保持高牢固性和高稳定性。浅水投放时易搁浅，使设备受损，或缠绕各种浮游物、渔网。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置及其控制方法，包括：

船体组件，所述船体组件包括主船体、设置于主船体的浮体组件，以及设置于所述主船体与浮体组件之间的伸缩连接件；

感应模块，用于采集浅水作业的环境信号并进行信号传输；

控制模块，用于接收环境信号以及对无人船进行控制。

作为本发明的进一步的方案：所述主船体底端设置有船载水上作业模块，以及主船体内部设置有无线通信模块。

作为本发明的进一步的方案：所述伸缩连接件包括连接于主船体的固定杆、设置于所述固定杆延伸端的活动杆，以及设置于主船体用于推动活动杆的伸缩杆。

作为本发明的进一步的方案：所述浮体组件为至少两个浮体组成，且均设置于活动杆的延伸端。

作为本发明的进一步的方案：所述感应模块包括用于采集光电信号的光电装置、用于采集声波信号的声呐装置，以及用于探测水上障碍信号的雷达装置。

作为本发明的进一步的方案：所述控制模块包括用于接收解析信号的数据分析模块，以及用于远程控制的主控模块。

一种如上任一项所述的一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置的控制方法，包括以下步骤：

对无人船初始化设置，进行远程控制匹配，以航行模式进行巡航；

通过感应模块采集水环境信号，利用无线通信模块进行信号传输；

数据分析模块获取信号进行解析和处理，判断是否进行无人船多形态变换；

通过主控模块设定无人船工作计划及返航点。

作为本发明的进一步的方案：所述数据分析模块获取信号进行解析和处理，判断是否进行无人船多形态变换的具体步骤包括：

获取光电装置、声呐装置和雷达装置采集的信号，并传输给数据分析模块进行解析处理；

若判断无人船到达作业位置，则切换为涉水作业模式进行水上作业任务；

若判断水中有障碍物，则切换为航行模式，将船载水上作业模块提升至水面以上；

若判断水上作业任务已完成，则航行至返航点，切换为折叠模式进行回收。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

通过采用上述的技术方案，利用改变无人船的外形结构，使得无人船在搬运运输过程中更加便捷。同时利用浮体组件配合伸缩连接件，使得安装于无人船底部的船载水上作业模块设备，能够实现入水和脱离水面的不同操作。还能够确保其工作的稳定性和牢固性。这种设计方法，还解决了经过浅地、过渔网或漂浮物时，避免设备装置、缠绕、挂挡，保护设备不受损坏。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1为本申请公开的一些实施例的高稳性便携无人船装置的结构示意图；

图2为本申请公开的一些实施例的无人船结构示意图；

图3为本申请公开的一些实施例的无人船的三种模式示意图；

图4为本申请公开的一些实施例的无人船的折叠模式示意图；

图5为本申请公开的一些实施例的无人船的展开涉水作业模式示意图；

图6为本申请公开的一些实施例的无人船的感应模块进行水下探测示意图。

图中：1、船体组件；11、主船体；12、浮体组件；13、伸缩连接件；131、固定杆；132、活动杆；133、伸缩杆；14、船载水上作业模块；15、无线通信模块；2、感应模块；21、光电装置；22、声呐装置；23、雷达装置；3、控制模块；31、数据分析模块；32、主控模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参考图1和图2，本发明实施例中，一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置，包括：

船体组件1，其包括主船体11、设置于该主船体11两侧用于改变主船体11相对水面位置的浮体组件12，以及设置于所述主船体11与浮体组件12之间用于改变两者相对位置的伸缩连接件13；

具体的实施例中，如图2所示，所述主船体11低端设置有用于进行水上任务的船载水上作业模块14，以及主船体11内部设置有用于远程通信和接受发送信号的无线通信模块15。

所述伸缩连接件13包括连接于主船体11用于固定下方结构的固定杆131、设置于所述固定杆131延伸端能够产生一定角度移动的活动杆132，以及设置于主船体11用于推动活动杆132产生位移的伸缩杆133。

具体的实施例中，所述浮体组件12为至少两个浮体组成，且均设置于活动杆132的延伸端。浮体组件12的双浮体能够配合伸缩杆133作用于活动杆132，从而改变主船体11距离水面的距离。无人船通过活动杆132和固定杆131相结合的结构设计，完成无人船的模式切换，设备成熟，结构稳固，故障率低，易于维护。

感应模块2，用于采集浅水作业的环境信号并进行信号传输；

具体的实施例中，所述感应模块2包括用于采集光电信号的光电装置21、用于采集声波信号的声呐装置22，以及用于探测水上障碍信号的雷达装置23。具体的，该雷达装置23可以是但不仅限于所有经由空气发射反射的传感器，且该传感器包含且不限于毫米波雷达、固态雷达、激光雷达、超声波等。

控制模块3，用于接收环境信号以及对无人船进行控制。

具体的实施例中，所述控制模块3包括用于接收解析信号的数据分析模块31，以及用于远程控制的主控模块32。

如图3、图4和图5所示，无人船具有三种收放模式：航行模式、折叠模式以及涉水作业模式。

航行模式：船载水上作业模块14的作业设备高于水面，不会出现与岸堤或浅滩水底剐蹭撞击的情况，对设备进行了充分的保护。

折叠模式：占用空间较小，便于回收转运。

涉水作业模式：使得无人船重心低，水上平台跨度大，可大大降低平台的横摇度，提供设备更佳的作业条件，保证设备的作业精度需求。

无人船上可搭载光电装置21、声呐装置22和雷达装置23。通过算法对光电装置21、声呐装置22和雷达装置23反馈的数据进行解析和处理，判断前方是否有障碍物或暗礁、渔网等。若判断有，无人船控制系统发送信号，自动由涉水作业模式切换至航行模式，将船载水上作业模块14提升至水平面以上最高处，保护设备避免受损。同时，发送信号给岸端控制人员，告知当前状况。

结合光电装置21和声呐装置22反馈的数据综合判断，得出危险解除的结论后，无人船再发出控制信号，自动从姿态一切换成姿态三，继续未完成作业。

岸端工作人员也可通过远程控制，手动操控无人船模式切换。

如图6所示，无人船上搭载有水下声呐装置22、水上雷达装置23和光电装置21，该光电装置可采用视频监控设备，进行组合避障。因水上特殊环境限制，单一探测方式或单一传感器不能完全发现水上或水下的所有障碍物，则需要多种传感器融合处理。传感器有探测角度限制，需进行准确安装。水下声呐装置22和雷达装置23通过发射和接收波束来判定前方障碍物的。

以下为各种传感装置的工作原理：

水下声呐装置22：内嵌入船体安装，避免碰撞。探测波束角指向前下方，可探测到水下障碍物、浅滩等。同时上传障碍物的距离、尺寸、方向、深度等信息至避障单元处理。

雷达装置23：探寻水面障碍物，受雨雾天气、夜晚等因素影响较小。可识别水面障碍物的大小、距离和方向，实时回传至避障单元进行综合处理。

视频监控设备：可提供可见光、夜视等功能，配合目标识别算法，可区分安全区域和障碍物区域，并计算出障碍物的尺寸、距离和方向。可搭载热成像功能，自动识别出水中具有温差的障碍物目标，如游泳的人、漂浮物等物体。视频监控还可直观的提供人员观测方式，提供工作人员判定障碍物的方式和条件。

由于水上作业与路上作业不同，无人船的船体晃动会导致传感器一同大幅度晃动，对传感器连续观测的精度影响很大，因此需要结合多重传感器设备，优势互补。

同时针对不同区域识别时，设置不同权重，进行综合判断。在保证行驶安全的同时，避免降低无人船的工作效率。如水下障碍物(暗礁、浅滩、遗弃物等)较多的区域，就将水下声呐装置22数据的权重调高，保证船体的安全。又如在开阔深水区域行驶，则将雷达装置23的权重调高，提升无人作业时候障碍物识别的准确度。

一种如上任一项所述的一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置的控制方法，包括以下步骤：

对无人船初始化设置，进行远程控制匹配，以航行模式进行巡航；

通过感应模块2采集水环境信号，利用无线通信模块15进行信号传输；

数据分析模块31获取信号进行解析和处理，判断是否进行无人船多形态变换；

通过主控模块32设定无人船工作计划及返航点。

在一些具体的实施例中，所述数据分析模块31获取信号进行解析和处理，判断是否进行无人船多形态变换的具体步骤包括：

获取光电装置21、声呐装置22和雷达装置23采集的信号，并传输给数据分析模块31进行解析处理；

若判断无人船到达作业位置，则切换为涉水作业模式进行水上作业任务；

若判断水中有障碍物，则切换为航行模式，将船载水上作业模块14提升至水面以上；

若判断水上作业任务已完成，则航行至返航点，切换为折叠模式进行回收。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。