一种重力平衡式无人测量船的制作方法

1.本实用新型涉及测量船技术领域，尤其涉及一种重力平衡式无人测量船。


背景技术：

2.无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，英文缩写为usv。
3.无人测量船是基于无人驾驶遥控船为载体，集成了控制系统，动力推进系统，无线通讯系统，卫星定位导航系统，测深系统等，可快速，精确地获取水下地形数据，可广泛应用于中小河流，湖泊，水库，港湾，近海区域测量或测速工作。
4.目前，由于不同水域情况不一，当无人测量船遭遇风浪时，容易使无人测量船上的测量组件遇水发生故障或损坏，风浪大时甚至有发生侧翻的风险。
5.目前船体的平衡主要靠船体两侧添加舭龙骨，或利用高密度流体来平衡船体，如专利申请号为：cn201410374637.7，名称为：倾斜测量式随浪活塞式船体自平衡装置，公开了一种利用液体和摆球平衡重力的装置，但该装置需要较大的空间，有一定的局限性，不适合小型的无人测量船。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种重力平衡式无人测量船，用以解决现有技术中自平衡装置结构复杂，占用空间大，不适用于小型的无人测量船的问题，达到了结构简单，占用空间小，可以适配小型无人测量船的目的。
7.本实用新型提供一种重力平衡式无人测量船，包括：倾角传感器、控制模块、配重块、导向机构和传动机构；
8.所述倾角传感器位于船体内重心所在的竖直方向上，用于监测船体倾斜角度，所述倾角传感器与所述控制模块连接，所述控制模块与所述传动机构电连接，所述传动机构与所述配重块连接，使配重块能够沿传动机构轴线方向做往复运动，所述传动机构轴线方向与船体轴线方向垂直，所述配重块与所述导向机构滑动连接，在船体平衡静止时，所述配重块的重心与船体重心重合，所述导向机构固定在船体内侧壁上，所述导向机构与所述传动机构平行设置。
9.根据本实用新型提供的重力平衡式无人测量船，所述导向机构包括若干导向杆，所述导向杆之间平行设置，所述导向杆两端固定连接于船体内侧壁，所述导向杆与配重块滑动连接。
10.根据本实用新型提供的重力平衡式无人测量船，所述传动机构包括丝杆、丝杆螺母和电机，所述电机的转轴同轴连接有减速器，所述丝杆的一端转动连接有轴承，所述轴承固定连接于远离电机一端的船体，所述丝杆的另一端与所述减速器输出端同轴连接，所述丝杆与所述导向杆平行设置，所述丝杆上螺纹连接有丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述配重块固定连接。
11.根据本实用新型提供的重力平衡式无人测量船，所述控制模块包括单片机和电机驱动器，所述单片机分别与倾角传感器和电机驱动器电连接，所述电机驱动器与所述电机电连接。
12.根据本实用新型提供的重力平衡式无人测量船，所述丝杆为滚珠丝杠，所述丝杆螺母为滚珠螺母。
13.本实用新型通过倾角传感器监测船体倾斜角度，将信号传输给控制模块，利用控制模块对电机实行正反转及速度的控制，电机的转动为传动机构提供动力，传动机构与配重块连接，使配重块沿传动机构方向做往复运动，通过设置传动机构轴线方向与船体轴线方向垂直，船体平衡静止使，配重块重心与船体重心重合，可以使配重块平衡无人测量船的重心，该装置使用了倾角传感器监测，利用丝杆、导向杆和配重块的配合实现船体的平衡，解决了目前自平衡装置结构复杂，所需空间大的问题，达到了结构简单、占用空间小，能够适用于小型无人测量船的目的。
14.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型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，显而易见的，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为无人测量船立体结构示意图；
17.图2为无人测量船内部立体结构示意图；
18.图3为无人测量船内部立体结构剖面图；
19.图4为无人测量船传动机构和导向机构立体结构示意图；
20.图5为控制模块电路结构示意图；
21.图6为控制模块电路控制方法流程图。
22.附图标记：
23.1、船体；2、倾角传感器；3、控制模块；4、丝杆；41、丝杆螺母；
24.42、电机；43、减速器；44、轴承、5、导向杆；6、配重块。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置
或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
28.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
30.下面结合图1到图3所示的实施例，描述本实用新型的技术方案：一种重力平衡式无人测量船包括：倾角传感器2、控制模块3、配重块6、导向机构和传动机构；倾角传感器2位于船体1内重心所在的竖直方向上，用于监测船体倾斜角度，倾角传感器2与控制模块3电连接，控制模块3与传动机构电连接，传动机构与配重块6连接，使配重块6能够沿传动机构轴线方向做往复运动，传动机构轴线方向与船体1轴线方向垂直，配重块6与导向机构滑动连接，在船体1平衡静止时，配重块6的重心与船体1重心重合，导向机构固定在船体1内侧壁上，导向机构与传动机构平行设置。
31.导向机构包括若干导向杆5，导向杆5之间平行设置，导向杆5两端固定连接于船体1内侧壁，导向杆5与配重块6滑动连接。
32.传动机构包括丝杆4、丝杆螺母41和电机42，电机42的转轴同轴连接有减速器43，丝杆4的一端转动连接有轴承44，轴承44固定连接于远离电机42一端的船体1，丝杆4的另一端与减速器43输出端同轴连接，丝杆4与导向杆5平行设置，丝杆4上螺纹连接有丝杆螺母41，丝杆螺母41与配重块6固定连接。
33.图2和图3中实施了一种具体结构的重力感应式无人测量船，船体1内倾角传感器2位于船体1重心所在竖直方向的上方，保证了倾角传感器2的监测角度的准确性，倾角传感器2与控制模块3电连接，控制模块3与电机42电连接，倾角传感器2将电信号传输给控制模块3，控制模块3控制电机42正反转，电机42为传动机构提供动力。
34.倾角传感器与控制模块电连接，相比于大型的自平衡装置，大大节省船内所需空
间。
35.如图3所示，传动机构优选为丝杆4传动，丝杆4的一端转动连接有轴承44，轴承44固定在远离电机42一侧的船体1，丝杆4上螺纹连接丝杆螺母41，将配重块6固定在丝杆螺母41上，只有这样设置，配重块6才会随丝杆4的轴线方向往复运动，设置丝杆4的轴线方向与船体1的轴线方向垂直，也使配重块6的运动方向与船体1轴线方向垂直，使得配重块6能够平衡船体1左右摇晃的力，为使配重块6平动，在船体1两侧壁之间设置导向机构，导向机构与丝杆4平行，与配重块6滑动连接，使配重块6不随丝杆4转动，配重块6能够平稳运动，将配重块6的重心设置在船体1的重心处，让配重块6对于船体1平衡性的调节更加灵敏。
36.如图4所示，导向机构包括两根导向杆5，两根导向杆5之间平行设置，导向杆5两端固定连接于船体1内侧壁，导向杆5与配重块6滑动连接。
37.可以理解的是，本实施例中的导向机构主要是使配重块6平动，所以导向杆5的数量不局限于两根，只要导向杆5之间相互平行设置；导向机构也可以是与配重块6形状相适应的滑轨，使用者可根据船体具体情况进行选择。
38.传动机构优选为丝杆，导向机构优选为导向杆，传动机构与导向机构结构简单，且丝杆与导向杆占用空间小，可以适配小型无人测量船。
39.根据本实用新型实施例提供的重力平衡式无人测量船，如图4所示，控制模块3包括单片机和电机驱动器，单片机分别与倾角传感器2和电机驱动器电连接，电机驱动器与所述电机42电连接。
40.图5中施例了倾角传感器2与控制模块3的连接，本实施例中的单片机需要接受来自倾角传感器2的电信号，经过放大该信号，将其传输给电机驱动器，通过内设的程序控制电机驱动器，所以该单片机应当选用a/d转化与pwm输出的类型。
41.控制模块中电路控制流程如图6所示：
42.控制模块设置平衡倾角为-30
°
到30
°
，设置回正倾角为-15
°
到15
°
；控制模块设置有平衡速度v1和回正速度v2，且v2大于v1。
43.在无人测量船平衡静止时，即船体1倾斜角度为0
°
时，配重块6处于船体1重心处，当船体1行驶时，通过倾角传感器2监测船体1倾斜程度，并通过控制模块3设置安全倾角为-30
°
到30
°
之间，当控制模块3判断船体倾角大于30
°
时，控制模块3会控制电机42以平衡速度v1正转，使丝杆4上的丝杆螺母41向靠近船体1侧壁方向移动，并带动与之固定连接的配重块6在导向杆5上以v1的速度向远离重心，靠近船体1侧壁的方向滑动，配重块6移动方向与船体1倾斜方向相反，达到使船体1趋于平衡的目的，当船体1逐渐趋于平衡，即船体1倾斜角度小于等于15
°
时，控制模块3控制电机42以回正速度v2反转，且v2速度大于v1，使配重块6快速向船体1重心处移动，确保配重块6不会平衡过度，移动到重心处时，即当船体1倾角等于0
°
时，电机42停止转动；
44.船体1向-30
°
方向倾斜时，即倾斜角度小于-30
°
，控制模块3控制电机42以平衡速度v1反转，使丝杆4上的丝杆螺母41向靠近船体1侧壁方向移动，并带动与之固定连接的配重块6在导向杆5上以v1的速度向远离重心，靠近船体1侧壁的方向滑动，当船体1逐渐趋于平衡，即船体1倾斜角度大于等于-15
°
时，控制模块3控制电机42以回正速度v2正转，且v2大于v1，使配重块6快速向船体1重心处移动，确保配重块6不会平衡过度，移动到重心处时，即当船体1倾角等于0
°
时，电机42停止转动；
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种重力平衡式无人测量船，包括船体，其特征在于，包括：倾角传感器、控制模块、配重块、导向机构和传动机构；所述倾角传感器位于船体内重心所在的竖直方向上，用于监测船体倾斜角度，所述倾角传感器与所述控制模块连接，所述控制模块与所述传动机构电连接，所述传动机构与所述配重块连接，使配重块能够沿传动机构轴线方向做往复运动，所述传动机构轴线方向与船体轴线方向垂直，所述配重块与所述导向机构滑动连接，在船体平衡静止时，所述配重块的重心与船体重心重合，所述导向机构固定在船体内侧壁上，所述导向机构与所述传动机构平行设置。2.根据权利要求1所述的重力平衡式无人测量船，其特征在于，所述导向机构包括若干导向杆，所述导向杆之间平行设置，所述导向杆两端固定连接于船体内侧壁，所述导向杆与配重块滑动连接。3.根据权利要求2所述的重力平衡式无人测量船，其特征在于，所述传动机构包括丝杆、丝杆螺母和电机，所述电机的转轴同轴连接有减速器，所述丝杆的一端转动连接有轴承，所述轴承固定连接于远离电机一端的船体，所述丝杆的另一端与所述减速器输出端同轴连接，所述丝杆与所述导向杆平行设置，所述丝杆上螺纹连接有丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述配重块固定连接。4.根据权利要求1所述的重力平衡式无人测量船，其特征在于，所述控制模块包括单片机和电机驱动器，所述单片机分别与倾角传感器和电机驱动器电连接，所述电机驱动器与所述电机电连接。5.根据权利要求3所述的重力平衡式无人测量船，其特征在于，所述丝杆为滚珠丝杠，所述丝杆螺母为滚珠螺母。

技术总结
本实用新型涉及测量船技术领域，具体提供一种重力平衡式无人测量船，其中，包括：倾角传感器、控制模块、配重块、导向机构和传动机构；倾角传感器位于船体内重心所在的竖直方向上，用于监测船体倾斜角度，倾角传感器、控制模块连接和传动机构之间电连接，传动机构与配重块连接，使配重块能够沿传动机构轴线方向做往复运动，传动机构轴线方向与船体轴线方向垂直，配重块与导向机构滑动连接，在船体平衡静止时，配重块的重心与船体重心重合，导向机构固定在船体内侧壁上，导向机构与传动机构平行设置；本实用新型有效解决了自平衡装置占用空间大，结构复杂的问题，达到了占用空间小，结构简单，可适配小型无人测量船的目的。可适配小型无人测量船的目的。可适配小型无人测量船的目的。


技术研发人员：杨旭 马超杰 段军勇 李龙奇 刘信 蒲明 张鹏 甄平福 李明 王旭东
受保护的技术使用者：信息产业部电子综合勘察研究院
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/9/16