一种海上无人补给装置及控制方法与流程

1.本发明涉及一种海上无人补给装置及控制方法，属于海上无人补给技术领域。


背景技术：

2.随着海上无人装备的广泛应用，水面无人装备朝着智能化、专业化、长航时的方向发展。水面无人装备在执行长周期海上远洋任务时，由于其自身燃料携带有限，其自持力相对较弱，续航有限，需迅速补充所消耗的物资，受港口、航道及海况等多方面因素的影响，通常不得不采用海上补给的方式，常规的海上补给作业方式通常通过人工完成补给作业，无人装备需回收或者人员登上无人装备，全程周期长，效率较低，不利于未来大规模水面无人装备的保障。目前，尚无一种能够对水面无人装备完成油水补给的无人补给装置，缺乏对水面无人舰船实现自动油水补给的有效方式。传统有人舰船航行中补给方式也难以用于无人舰船。因此，本技术领域亟需一种无人补给装置对水面无人装备进行补给。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为解决如何获得一种无人补给装置对水面无人装备进行补给的技术问题。
4.为达到解决上述问题的目的，本发明提供一种海上无人补给装置，包括动力平台和设于动力平台上的自动补给装置；所述动力平台包括自适应浮动平台、控制系统、推进系统、导航定位系统和增稳系统；所述自适应浮动平台上设有控制系统、推进系统、导航定位系统和增稳系统；所述自动补给装置包括定位对准系统、对接枪、机械臂和油水输送系统；自适应浮动平台上设有机械臂，油水输送系统包括授油或授水管，授油或授水管通过机械臂与对接枪连接；对接枪上设有定位对准系统；所述动力平台与母船之间设有拖缆及授油或授水管。
5.优选地，所述自适应浮动平台包括船形的框架和浮力材；框架中设有浮力材。
6.优选地，所述推进系统包括多个推进器及其附属电气设备；
7.优选地，所述导航定位系统包括北斗定位系统和光电吊舱。
8.优选地，所述控制系统设有实时调整控制平台姿态的能力，通过实时感知平台运动状态，并根据控制指令完成状态调整。
9.优选地，所述增稳系统包括自适应浮动平台下方设有的水平的增稳水翼和垂直于水平面的可变深度的伸缩支架；增稳水翼通过伸缩支架与自适应浮动平台连接。
10.优选地，所述定位对准系统包括光学系统，通过光学系统完成对接枪与待补给无人艇补给口的识别与对准。
11.优选地，所述油水输送系统包括授油或授水管，授油或授水管为连接被补给船和补给船之间的传送软管。
12.优选地，所述自适应浮动平台上设有云台，云台上设有机械臂。
13.本发明提供一种海上无人补给装置的补给方法，包括以下步骤：
14.步骤1：补给母船将无人补给装置吊放至水面，由船端操作人员遥控无人补给装置航行，无人补给装置自动航行至被补给无人艇附近；被补给无人艇航速与母船航速一致；
15.步骤2：无人补给装置增加增稳水翼的深度，以降低波浪对平台的影响；
16.步骤3：被补给无人艇打开补给口，伸出受补给头；无人补给装置通过自适应浮动平台上安装的定位对准系统的摄像头自主或人工识别到补给口后，升起对接枪对准被补给无人艇上的补给口开始补给；无人补给装置航速与被补给无人艇保持一致；
17.步骤4：补给完成，关闭输送阀；对接枪脱离补给口，收回对接枪，增稳水翼收回至自适应浮动平台内；
18.步骤5：进行下一无人艇补给作业；或由母船操作人员遥控操作无人补给装置航行至母船附近，完成回收。
19.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
20.本发明提供了一种纵向无人装备补给装置，能够对各类水面无人装备实施航行中自动油水补给作业。实现油料补给的无人化操作，提高补给效率，提高海洋无人装备的续航力。本发明填补了水面无人装备自动化补给领域的空白。
附图说明
21.图1为本发明无人补给装置效果示意图。
22.图2为本发明无人补给装置结构示意图。
23.图3为本发明补给流程图。
24.图4为本发明海上无人补给装置系统构成框图。
25.附图标记：1.对接枪；2.机械臂；3.云台；4.拖缆；5.控制系统；6.浮动平台；7.伸缩支架；8.推进器；9.增稳水翼；10.授油或授水管。
具体实施方式
26.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
27.如图1-4所示，本发明所采取的技术方案是提供一种海上无人补给装置，包括动力平台和设于动力平台上的自动补给装置；动力平台包括自适应浮动平台6、控制系统5、推进系统、导航定位系统和增稳系统；自适应浮动平台6上设有控制系统5、推进系统、导航定位系统和增稳系统；自动补给装置包括定位对准系统、对接枪1、机械臂2和油水输送系统；自适应浮动平台6上设有机械臂2，油水输送系统包括授油或授水管10，授油或授水管10通过机械臂2与对接枪1连接；对接枪1上设有定位对准系统；动力平台与母船之间设有拖缆4及授油或授水管10。自适应浮动平台6包括船形的框架和浮力材；框架中设有浮力材。推进系统包括多个推进器8及其附属电气设备；导航定位系统包括北斗定位系统和光电吊舱。控制系统5设有调整控制平台姿态的能力，通过实时感知平台运动状态，并根据控制指令完成状态调整。增稳系统包括自适应浮动平台6下方设有的水平的增稳水翼9和垂直于水平面的可变深度的伸缩支架7；增稳水翼9通过伸缩支架7与自适应浮动平台6连接。定位对准系统包括光学系统，通过光学系统完成对接枪1与待补给无人艇补给口的识别与对准。油水输送系统包括授油或授水管10，授油或授水管10为连接被补给船和补给船之间的传送软管。自适应浮动平台6上设有云台3，云台3上设有机械臂2。
28.本发明提供一种海上无人补给装置的补给方法，包括以下步骤：
29.步骤1：补给母船将无人补给装置吊放至水面，由船端操作人员遥控无人补给装置航行，无人补给装置自动航行至被补给无人艇附近；被补给无人艇航速与母船航速一致；
30.步骤2：无人补给装置增加增稳水翼9的深度，以降低波浪对平台的影响；
31.步骤3：被补给无人艇打开补给口，伸出受补给头；无人补给装置通过自适应浮动平台6上安装的定位对准系统的摄像头自主或人工识别到补给口后，升起对接枪1对准被补给无人艇上的补给口开始补给；无人补给装置航速与被补给无人艇保持一致；
32.步骤4：补给完成，关闭输送阀；对接枪1脱离补给口，收回对接枪1，增稳水翼9收回至自适应浮动平台6内；
33.步骤5：进行下一无人艇补给作业；或由母船操作人员遥控操作无人补给装置航行至母船附近，完成回收。
34.实施例
35.本发明一种海上无人补给装置包括动力平台和自动补给装置两部分，如附图1。
36.动力平台由自适应浮动平台6、控制系统5、推进系统、导航定位系统和增稳系统组成，自动补给装置由定位对准系统、对接枪1、机械臂2和油水输送系统组成。如图2所示。
37.自适应浮动平台6是海上无人补给装置的主体，由框架和浮力材组成，推进系统由多个推进器8及其附属电气设备组成，导航定位系统由北斗定位系统、光电吊舱组成；增稳系统由增稳水翼9及可变深度伸缩支架7组成，具备精准航行和动力定位能力，能够自主移动至被补给船舶附近完成远程无人补给。
38.海上无人补给装置由脐带缆与母船相连完成系统供电及信号传输。
39.控制系统5具备实时调整控制平台姿态的能力，通过实时感知平台运动状态，根据控制指令完成状态调整。
40.导航定位系统由北斗定位系统和光电吊舱组成，提供平台实时绝对位置信息和与补给母船及被补给无人艇之间相对位置信息。
41.增稳系统由云台3、机械臂2及伸缩水翼构成，能够减少波浪力对浮动平台6的影响，主动调节姿态，抑制波浪对自身运动的影响，为海上补给作业提供稳定的作业平台。
42.自动补给装置由定位对准系统、对接枪1、机械臂2和油水输送系统组成，能够完成无人艇油水自主补给任务。
43.定位对准系统由光学系统完成补给口的识别与对准。机械臂2将对接枪1对准补给口，进行油水补给。
44.补给母船将海上无人补给装置吊放至水面，由船端操作人员遥控海上无人补给装置航行，海上无人补给装置与被受水面无人艇之间的距离为ds，海上无人补给装置能够自动航行至被受水面无人艇附近(ds《＝d，d为被受水面无人艇被补给流程范围)，海上无人补给装置带加油/水管航行至水面无人艇受油口附近，如图3，海上无人补给装置执行补给流程：
45.1.被补给无人艇航速vs与母船vm航速一致；
46.2.为降低波浪对平台的影响，海上无人补给装置增加增稳水翼9的深度，由于补给平台具有一定航速，因此增稳水翼9在水流作用下产生作用力，该作用力能够抵抗一部分补给平台因波浪导致深沉而产生的深沉力，从而提高平台在波浪中的稳定性。
47.3.无人艇打开补给口，伸出受补给头；
48.4.通过平台上安装的摄像头自主或人工识别到加油口后，升起对接枪1对准无人艇上补给口；
49.5.开始补给；
50.6.补给装置航速与无人艇保持一致；
51.7.补给完成，关闭输送阀；
52.8.对接枪1脱离受油口，收回对接枪1，增稳水翼9收回至浮动平台6内；
53.9.进行下一无人艇补给作业；
54.10.母船操作人员遥控操作补给平台航行至母船附近，完成回收。
55.自适应浮动平台6是海上无人补给装置的主体，该平台具备动力系统，能够自主移动至被补给船舶附近，同时设置运动增稳翼，通过增加增稳翼的深度，减少波浪力对浮动平台的影响，主动调节姿态，抑制波浪对自身运动的影响，为海上补给作业提供稳定的作业平台。
56.加油/加水软管是连接被补给船和补给船之间的传送管路，能够输送油水等液态物资。
57.带云台3的加油器实现精准对接受油口，完成油水补给作业。
58.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种海上无人补给装置，其特征在于，包括动力平台和设于动力平台上的自动补给装置；所述动力平台包括自适应浮动平台、控制系统、推进系统、导航定位系统和增稳系统；所述自适应浮动平台上设有控制系统、推进系统、导航定位系统和增稳系统；所述自动补给装置包括定位对准系统、对接枪、机械臂和油水输送系统；自适应浮动平台上设有机械臂，油水输送系统包括授油或授水管，授油或授水管通过机械臂与对接枪连接；对接枪上设有定位对准系统；所述动力平台与母船之间设有拖缆及授油或授水管。2.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述自适应浮动平台包括船形的框架和浮力材；框架中设有浮力材。3.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述推进系统包括多个推进器及其附属电气设备。4.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述导航定位系统包括北斗定位系统和光电吊舱。5.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述控制系统设有实时调整控制平台姿态的能力，通过实时感知平台运动状态，并根据控制指令完成状态调整。6.根据权利要求2所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述增稳系统包括自适应浮动平台下方设有的水平的增稳水翼和垂直于水平面的可变深度的伸缩支架；增稳水翼通过伸缩支架与自适应浮动平台连接。7.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述定位对准系统包括光学系统，通过光学系统完成对接枪与待补给无人艇补给口的识别与对准。8.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述油水输送系统包括授油或授水管，授油或授水管为连接被补给船和补给船之间的传送软管。9.根据权利要求1所述的一种海上无人补给装置，其特征在于，所述自适应浮动平台上设有云台，云台上设有机械臂。10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种海上无人补给装置的补给方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：补给母船将无人补给装置吊放至水面，由船端操作人员遥控无人补给装置航行，无人补给装置自动航行至被补给无人艇附近；被补给无人艇航速与母船航速一致；步骤2：无人补给装置增加增稳水翼的深度，以降低波浪对平台的影响；步骤3：被补给无人艇打开补给口，伸出受补给头；无人补给装置通过自适应浮动平台上安装的定位对准系统的摄像头自主或人工识别到补给口后，升起对接枪对准被补给无人艇上的补给口开始补给；无人补给装置航速与被补给无人艇保持一致；步骤4：补给完成，关闭输送阀；对接枪脱离补给口，收回对接枪，增稳水翼收回至自适应浮动平台内；步骤5：进行下一无人艇补给作业；或由母船操作人员遥控操作无人补给装置航行至母船附近，完成回收。

技术总结
本发明涉及一种海上无人补给装置及控制方法，属于海上无人补给技术领域。包括动力平台和设于动力平台上的自动补给装置；动力平台包括自适应浮动平台、控制系统、推进系统、导航定位系统和增稳系统；自动补给装置包括定位对准系统、对接枪、机械臂和油水输送系统；自适应浮动平台上设有机械臂，油水输送系统包括授油或授水管，授油或授水管通过机械臂与对接枪连接；对接枪上设有定位对准系统；动力平台与母船之间设有拖缆及授油或授水管。通过本发明能够对各类水面无人装备实施航行中自动油水补给作业；实现油料补给的无人化操作，提高补给效率，提高海洋无人装备的续航力。提高海洋无人装备的续航力。提高海洋无人装备的续航力。


技术研发人员：徐昊 郑宏伟 张佩 封佳祥 马陈飞 封志文
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/6