一种升降机构及包含该机构的无人船及方法与流程

1.本发明涉及水下测绘设备技术领域，尤其涉及一种用于水下三维建模的无人船及其测绘方法。


背景技术：

2.作为水上最典型的无人智能平台系统，近年来，无人船备受重视，我国的无人船研发也迈入了新阶段，其应用渐成趋势。在水下地形测绘工作中，与传统水下测量方法相比，无人船具有机动、灵活、安全性高的特点，可在环境复杂、工况恶劣的水域作业。
3.目前，传统的测绘用无人船的结构存在问题如下：
4.(一)用于测绘的传感器固定于船舷或船低，因此无人船运输及准备作业时容易损伤价格昂贵的测绘设备，提高了设备的维修或更换成本。
5.(二)测绘所得数据获得不及时，需要测绘作业完成后一并收集。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种升降机构及包含该机构的无人船及方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一种升降机构，所述升降机构包括导套以及可移动地设置于所述导套的导杆，所述导杆的一端与驱动件的输出端连接，所述导杆的另一端连接电子设备，通过导杆的移动实现所述电子设备相对于船体可在第一位置与第二位置之间移动。
9.进一步的，所述导套具有第一通道以及分别连接于第一通道的第二通道，所述第一通道、第二通道分别沿所述导套的轴向开设。
10.进一步的，所述导杆包括支架以及与所述支架两端连接的滑杆。
11.进一步的，所述第一位置为电子设备高于船体底部的位置，所述第二位置为电子设备低于船体底部的位置。
12.一种无人船，所述无人船包括上述的升降机构以及与所述升降机构连接的船体，于所述船体的尾部两侧分别设置推进装置，船控装置设置于所述船体的内侧，导航避障装置设置于所述船体的外侧。
13.进一步的，所述船控装置包括多波束甲板单元、工控机以及数传模块，所述多波束甲板单元用于处理多波束数据；所述工控机用于无人船整船数据的处理，所述数传模块用于与外部信息交互。
14.进一步的，所述无人船还包括舱盖，所述舱盖与所述船体铰接。
15.进一步的，所述导航避障装置包括多根天线、双目相机以及激光雷达，所述激光雷达设置于舱盖外侧，在靠近船体的头部方向，于所述舱盖上设置双目相机。
16.进一步的，在靠近所述天线顶部、于所述船体上还开设孔，所述孔的内部具有填充材料。
17.相应的，本发明还提供一种利用上述无人船的测绘方法，包括步骤如下：
18.将无人船移动至作业水域，电子设备处于第一位置；
19.通过升降机构控制电子设备移动至第二位置；
20.获取第一数据信息、第二数据信息、第三数据信息及第四数据信息；
21.处理所述第一数据信息、第二数据信息、第三数据信息及第四数据信息并形成测绘数据及姿态控制数据；
22.发送所述测绘数据至数传模块，并由所述数传模块将所述测绘数据至远程终端，以通过所述远程终端为无人船规划作业路径；
23.发送姿态控制数据至推进装置，以通过推进装置控制无人船动力及姿态。
24.与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
25.(一)本发明通过采用升降机构可以保护测绘用的电子设备不受破坏，其在非工作状态时可将电子设备移动至高于船体底部的位置，在工作状态时可以将电子设备移动至低于船体底部的位置，其不同于传统固定于船舷或船底的方式，使得运输及准备作业时不易损伤测绘用的电子设备，提高了测绘用电子设备的使用寿命。
26.(二)进一步的，通过将导套优选为椭圆柱体，并且该椭圆柱体的长轴与船体平行设置，其可以减小船体的水阻力。
27.(三)进一步的，通过在导套的第二通道中设置滑靴，并且通过螺钉贯穿滑靴，进而提高了滑杆在第二通道中移动的稳定性。
28.(四)进一步的，通过将推进装置高于船体底部设置，使得当船体置于地面时，保证推进装置中导管螺旋桨不受力，提高其使用寿命。
29.(五)进一步的，在所述天线的顶部的船体处还开设孔，在所述圆孔内具有便于供数据发射和接收的填充材料，可以保证天线对数据的接收和发送，避免将卫星信号屏蔽。
30.(六)进一步的，通过设置船控系统以及导航避障装置，使其具有自主航行、紧急避障功能，通过将测绘数据与姿态控制数据相融合，降低硬件成本，同时还具有远程传输功能，可以实现遥控测绘。
31.(七)本发明中测绘数据可以通过数传模块传递至远程终端，不需要在作业完成后收集数据，其可以实现数据的实时接收和发送功能。
附图说明
32.图1示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法中升降机构的结构示意图。
33.图2示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法中导套的俯视图。
34.图3示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法中导套在a-a方向的剖视图。
35.图4示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法中导杆的俯视图。
36.图5示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法中导杆在b-b方向的剖视图。
37.图6示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法中无人船的结构示意图。
38.图7示出了本发明实施例一种升降机构及包含该机构的无人船及方法的流程示意图。
39.附图中标记：1、船体；2、推进装置；3、多波束甲板单元；4、工控机；5、数传模块；6、天线；7、升降机构；8、电子设备；9、双目相机；10、舱盖；11、铰链；12、孔；130、第一通道；131、第二通道；14、导套；15、导杆；16、推杆电机；17、滑靴；18、支架；19、滑杆；20、激光雷达。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种升降机构及包含该机构的无人船及方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
41.请参考图1，本实施例所述升降机构7包括导套14以及可移动地设置于导套14的导杆15，具体的，导杆15的一端与驱动件的输出端连接，所述导杆15的另一端连接电子设备8，通过导杆15的移动实现电子设备8相对于船体1可在第一位置与第二位置之间移动。其中，所述第一位置为高于船体1底部的位置，所述第二位置为低于船体1底部的位置。
42.优选的，请继续参考图1，在本实施例所述升降机构7中，所述驱动件优选为推杆电机16，所述推杆电机16的部分与导套14固接，所述推杆电机16的输出端位于导套14的内部。所述电子设备8优选为多波束探测仪，所述多波束探测仪用于获取水下深度信息。
43.下面详细描述升降机构7的具体结构如下：
44.请参考图2和图3，所述导套14具有第一通道130以及分别连接于第一通道130的第二通道131，各所述第二通道131以所述第一通道130为中心对称设置，所述第一通道130、第二通道131分别沿所述导套14的轴向开设。
45.进一步的，请参考图1、图2及图3，所述导套14通过螺栓与船体1固接，所述导套14与船体1的连接处还通过橡胶圈密封，以保证导套14与船体1连接的密封性。
46.优选的，在本发明实施例所述升降机构7中，所述导套14的长度为200mm，请参考图2，所述导套14优选为椭圆柱体，所述第二通道131优选为圆形，所述第二通道131的轴心与所述椭圆柱体的长轴重合。
47.进一步的，所述椭圆柱体的长轴即所述导套14的长轴与船体1平行，其可以减小船体1的水阻力。
48.进一步的，请参考图1、图4和图5，所述导杆15包括支架18以及与所述支架18两端连接的滑杆19，所述滑杆19以所述支架18为中心对称设置，所述滑杆19优选为具有中空的圆柱体并且可与所述第二通道131配合。
49.优选的，请继续参考图1、图4及图5，所述导杆15的长度为170mm，在本实施例所述升降机构7中，所述支架18的横截面为方形，所述支架18与滑杆19通过螺钉固接。
50.进一步的，请继续参考图1、图4及图5，为了实现支架18两端滑杆19在第二通道131中上下移动的稳定性，所述升降机构7还具有滑靴17，所述滑靴17设置于第二通道131并且与滑杆19的外端抵接，由螺钉贯穿所述滑靴17并伸入滑杆19的空心部分并贯穿导杆15，所述螺钉伸出导杆15的部分与螺母连接。
51.相应的，本发明还提供一种无人船，所述无人船包括上述升降机构7以及与所述升降机构7连接的船体1，具体的，所述升降机构7位于所述船体1的浮心处，该浮心位于船体1的中轴线。
52.优选的，请参考图1，在本实施例所述无人船中，所述船体1优选为双体船，所述双体船采用碳纤维材料制成。在所述船体1的上部通过铰链11铰接舱盖10，所述舱盖10与船体1的连接处还设置橡胶条密封。
53.进一步的，请继续参考图1，在所述船体1的尾部两侧分别设置推进装置2，优选的，推进装置2优选为使用三刷三相交流电机以及与该电机输出端连接的导管螺旋桨，所述推进装置2高于船体1的底部设置，通过该安装位置使得当船体1置于地面时，保证导管螺旋桨不受力，提高其使用寿命。
54.进一步的，请继续参考图1，于船体1的尾部两侧分别设置推进装置2，船控装置设置于船体1的内侧，导航避障装置设置于船体1的外侧。
55.具体的，请继续参考图1，所述船控装置包括包括多波束甲板单元3、工控机4以及数传模块5，所述多波束甲板单元3、工控机4以及数传模块5均位于所述船体1的内部。其中多波束甲板单元3用于处理多波束数据，工控机4用于无人船整船数据的处理，数传模块5用于与外部信息交互。
56.进一步的，请继续参考图1，所述导航避障装置包括多根天线6、双目相机9以及激光雷达20，激光雷达20设置于舱盖10外侧，具体是位于舱盖10的顶部即舱盖10最高点的位置，所述激光雷达20用于获取导航信息。在靠近船体1的头部方向，于舱盖10上设置双目相机9，所述双目相机9用于视觉避障。
57.具体的，请继续参考图1，所述天线6在本实施例中优选为两根gnss天线，两根所述天线6均沿船体1的纵轴线方向设置，其中一根天线6位于船体1前侧，另一根天线6位于船体1的后侧。所述天线用于确定船体1的位置以及航向。
58.进一步的，请继续参考图1，所述天线的基线长度为1.2m，在所述天线6的顶部的船体1处还开设孔12，所述孔12优选为圆孔，由于船体1采用碳纤维材质，因此为了避免碳纤维遮挡住卫星信号，在所述圆孔内采用玻璃钢材料填充。当然，在本发明的其他实施例中，所述圆孔内也可以采用除玻璃钢材料之外的其他材料填充，其只要满足不会屏蔽电磁波信号即可，对此，本发明不作进一步限定。
59.相应的，本发明还提供一种无人船的测绘方法，请参考图1和图7，所述方法包括步骤如下：
60.s1：无人船开始作业时，将无人船搬运至作业水域，此时推杆电机16的输出端处于缩回状态，因此电子设备8即多波束探测仪处于第一位置。
61.s2：开机后，通过外部遥控器发出信号至推杆电机16，所述推杆电机16获取信号后
工作，推杆电机16的输出端向船体1底部的位置伸出，由于推杆电机16的输出端与导杆15连接，因此导杆15受该输出端动作后随输出端下行，使所述多波束探测仪移动至第二位置，所述第二位置为低于船体1底部的位置，具体的，所述多波束探测仪在船体1底部伸入水面并位于水面以下30cm。
62.s3：所述多波束探测仪获取第一数据信息，优选的，所述第一数据信息为水下深度数据，根据水下深度数据等相关水域参数，通过远程终端为无人船规划作业路径，所述作业路径包括幅宽、速度等，所述规划作业路径为本领域技术人员的公知，对此本发明不作进一步赘述。
63.进一步的，在接收水下深度信息的同时，所述工控机4还接收第二数据信息、第三数据信息以及第四数据信息，其中第二数据信息为来自天线6发出的位置信息，第三数据信息为来自双目相机9提供的视觉避障信息，第四数据信息为来自激光雷达20的三维建模及导航信息。
64.s4：获取到上述水下深度信息后，由多波束水下探测仪将水下深度信息传输至多波束甲板单元3处理。具体的，上述多波束探测仪通过水密穿舱件进入船体1内部并接入多波束甲板单元3的处理器进行数据存储及处理，处理完成后得到测绘数据及姿态控制数据，将处理后所得数据通过网口发送至工控机4。
65.s5：工控机4获取上述水下深度信息、位置信息、视觉避障信息、导航及三维建模信息后将上述信息融合形成测绘数据以及姿态控制数据，其中测绘数据包括位置姿态数据和水深数据，姿态控制数据包括位置姿态控制数据。
66.s6：工控机4将位置姿态数据和水深数据发送至数传模块5，由数传模块5通过无线传输的方式传输至岸基远程终端模块，并由岸基远程终端模块实时显示及处理，进而完成数据交换，实现通过岸基远程终端为无人船规划作业路径，同样的，工控机4将姿态控制数据发送给推进装置2，推通过推进装置2控制无人船的动力及姿态。
67.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种升降机构，其特征在于：所述升降机构包括导套以及可移动地设置于所述导套的导杆，所述导杆的一端与驱动件的输出端连接，所述导杆的另一端连接电子设备，通过导杆的移动实现所述电子设备相对于船体可在第一位置与第二位置之间移动。2.如权利要求1所述的一种升降机构，其特征在于：所述导套具有第一通道以及分别连接于第一通道的第二通道，所述第一通道、第二通道分别沿所述导套的轴向开设。3.如权利要求2所述的一种升降机构，其特征在于：所述导杆包括支架以及与所述支架两端连接的滑杆。4.如权利要求1所述的一种升降机构，其特征在于：所述第一位置为电子设备高于船体底部的位置，所述第二位置为电子设备低于船体底部的位置。5.一种无人船，其特征在于：所述无人船包括如权利要求1～4任意一项所述的升降机构以及与所述升降机构连接的船体，于所述船体的尾部两侧分别设置推进装置，船控装置设置于所述船体的内侧，导航避障装置设置于所述船体的外侧。6.如权利要求5所述的一种无人船，其特征在于：所述船控装置包括多波束甲板单元、工控机以及数传模块，所述多波束甲板单元用于处理多波束数据；所述工控机用于无人船整船数据的处理，所述数传模块用于与外部信息交互。7.如权利要求6所述的一种无人船，其特征在于：所述无人船还包括舱盖，所述舱盖与所述船体铰接。8.如权利要求7所述的一种无人船，其特征在于：所述导航避障装置包括多根天线、双目相机以及激光雷达，所述激光雷达设置于舱盖外侧，在靠近船体的头部方向，于所述舱盖上设置双目相机。9.如权利要求8所述的一种无人船，其特征在于：在靠近所述天线顶部、于所述船体上还开设孔，所述孔的内部具有填充材料。10.根据如权利要求5～9任意一项所述的无人船的测绘方法，其特征在于包括步骤如下：将无人船移动至作业水域，电子设备处于第一位置；通过升降机构控制电子设备移动至第二位置；获取第一数据信息、第二数据信息、第三数据信息及第四数据信息；处理所述第一数据信息、第二数据信息、第三数据信息及第四数据信息并形成测绘数据及姿态控制数据；发送所述测绘数据至数传模块，并由所述数传模块将所述测绘数据至远程终端，以通过所述远程终端为无人船规划作业路径；发送姿态控制数据至推进装置，以通过推进装置控制无人船动力及姿态。

技术总结
本发明涉及一种升降机构，所述升降机构包括导套以及可移动地设置于所述导套的导杆，所述导杆的一端与驱动件的输出端连接，所述导杆的另一端连接电子设备，通过导杆的移动实现所述电子设备相对于船体可在第一位置与第二位置之间移动。相应的，本发明还提供无人船，该无人船包括上述升降机构以及与升降机构连接的船体，于船体的尾部两侧分别设置推进装置，船控装置设置于船体的内侧，导航避障装置设置于船体的外侧。本发明通过采用升降机构可以保护测绘用的电子设备不受破坏，其在非工作状态时可将电子设备移动至高于船体底部的位置，在工作状态时可以将电子设备移动至低于船体底部的位置，提高了测绘用电子设备的使用寿命。提高了测绘用电子设备的使用寿命。提高了测绘用电子设备的使用寿命。


技术研发人员：王敏 张永辉 陈春城 王烁 吴飞
受保护的技术使用者：无锡卡尔曼导航技术有限公司南京技术中心
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/7