一种无人艇用自适应稳定搭载装置的制作方法

1.本发明属于无人艇甲板设备技术领域，具体涉及一种无人艇用自适应稳定搭载装置。


背景技术：

2.无人艇是一种无人操作的水面舰艇。主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。一旦配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后，可以执行多种战争和非战争军事任务，比如，侦察、搜索、探测和排雷；搜救、导航和水文地理勘察；反潜作战、反特种作战以及巡逻、打击海盗、反恐攻击等。在海上锚泊时，由于受到海风、海浪和洋流等不确定性海况的影响，不可避免的会产生存在一个相耦合作用的六自由度摇荡运动，由于无人艇的作业需求及本身的特征，其桅杆上通常搭载各种诸如雷达、天线等通讯设备、感知设备。这些设备信息的稳定传输直接关乎无人艇功能的实现，因此，如何保证这些设备在传输过程中的稳定性成为了无人艇发展的一个关键。
3.目前，改善无人艇上通讯设备稳定性的措施主要是从艇自身出发，进行无人艇的姿态控制。常用的船用姿态监测设备有三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。
4.但是，所述姿态控制方法如果只用三轴加速度传感器采集姿态数据，具有数据单一，短时姿态监测效果差的缺点，而三轴陀螺仪测量姿态角时虽然短时精度高，但由于漂移会导致误差累计。而且，目前通用的船舶姿态测量设备结构复杂、造价昂贵、体积质量大、不便于装卸等问题。而且，船舶姿态监测设备中的有关传感器都是安装于船体内，磁力计容易受到船体金属外壳的影响，导致磁力计测量精度下降，从而影响船舶姿态监测精度。
5.因此，若是能够在搭载通讯设备的装置上进行姿态稳定控制，这不仅仅能够避免安装船舶姿态控制装置的弊端，而且也能够解决无人艇通讯、感知等设备不稳定所导致的通讯信号变差、感知准确度降低的问题，极大提升无人艇的性能。


技术实现要素：

6.本技术的发明目的在于：当无人艇在执行任务的过程中，通过本技术的技术方案能够实现在航行过程中，极大提升通讯、光电、感知等载体的稳定性，从而实现无人艇的定位准确、通讯稳定等功能，最终达成任务目标。
7.本发明的具体技术方案是一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述装置包括自适应桅杆，
8.所述的自适应桅杆包括：载荷、载荷固定架、竖杆、动量轮、旋转电机、万向节、调节油缸、底座、动量轮旋转轴，所述动量轮、旋转电机与动量轮旋转轴共同构成了动量轮装置，所述动量轮旋转轴一端与竖杆相连接，另一端与旋转电机相连接，旋转电机通过其旋转轴同动量轮相连接，万向节共分上下两部分，上一部分为圆球型，并与竖杆刚性固定，下一部分为去顶空心圆球，可与圆球型部分形成滑动配合或滚动配合，去顶空心圆球的另一端与竖直设置的调节油缸的活塞杆固定连接，所述调节油缸固定在底座上，
9.所述动量轮装置至少有三套，均匀分布在竖杆的横截面的圆周上并位于竖杆的下部，
10.所述自适应桅杆的底座固定在所述无人艇上。
11.更进一步地，所述动量轮装置的动量轮旋转轴与竖杆的角度控制在30
°
至150
°
之间。
12.更进一步地，所述的自适应桅杆还包括纺锤外壳，在所述动量轮装置外部设置纺锤外壳，所述纺锤外壳的形状为流线型纺锤体。
13.更进一步地，所述自适应桅杆在万向节处穿出所述无人艇上层建筑的顶板的开口，采用外用柔性水密材料将该开口、万向节及万向节以下部位封闭。
14.更进一步地，所述载荷固定在竖杆及载荷固定架上，载荷固定架连接在竖杆高处。
15.更进一步地，所述载荷为雷达设备、光电设备、航行灯、天线或摄像头。
16.本技术的有益效果是：1)本技术提出了一种无人艇用自适应稳定搭载装置，能够巧妙地通过动量轮、调节油缸与万向节的结合，将无人艇航行过程中的运动与所搭载的通讯导航、光电、雷达等载荷进行分离，以提升这些载荷设备的运行性能，极大降低艇体运动对载荷的影响，相比于其他直接对无人艇进行姿态控制的方法，本发明能够解决无人艇通搭载设备不稳定所导致的通讯信号变差、感知准确度下降等问题；2)无人艇对通讯天线的影响会导致信号中断，对导航天线的影响是位置偏差，对光电雷达的影响是探测稳定性，容易丢失目标，无法稳定跟踪，采用本技术技术方案可大幅度改善甚至避免这些情况；3)本技术能够避免安装结构复杂、针对整个艇体的姿态稳定控制装置，且结构简单、易于实现、价格相对较低、维修成本也低。
附图说明
17.本技术的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1是本技术的无人艇用自适应稳定搭载装置的总体示意图；
19.图2是本技术的无人艇用自适应稳定搭载装置的结构示意图；
20.图3是根据本技术的无人艇用自适应稳定搭载装置一个实施例的修正后初始速度分解的示意图；
21.附图中：1.无人艇；2.柔性水密材料；3.自适应桅杆；301.载荷；302.载荷固定架；303.竖杆；304.纺锤外壳；305.动量轮；306.旋转电机；307.万向节；308.调节油缸；309.底座；310.集控中心；311.动量轮旋转轴。
具体实施方式
22.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
23.在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
24.如图1与图2所示，本技术提供了一种无人艇通用自适应稳定搭载装置，其方案可以应用于需载体相对稳定的船舶、无人艇等平台，该装置包括自适应桅杆3。
25.其中所述自适应桅杆3包括：载荷301、载荷固定架302、竖杆303、纺锤外壳304、动量轮305、旋转电机306、万向节307、调节油缸308、底座309、集控中心310、动量轮旋转轴311。
26.载荷301可以是雷达设备、光电设备、航行灯、天线、摄像头等。
27.自适应桅杆3通过底座309固定在无人艇1上。
28.所述载荷301固定在竖杆303及载荷固定架302上，载荷固定架302连接在竖杆303高处，以满足载荷301的使用需求。
29.所述动量轮305、旋转电机306与动量轮旋转轴311共同构成了动量轮装置。
30.其中，所述动量轮旋转轴311均匀分布在竖杆303的圆周上，且其一端与竖杆303相连接，另一端与旋转电机306相连接，所述旋转电机306通过其旋转轴同动量轮305相连接。
31.所述动量轮装置至少有三套，均匀分布在竖杆303的横截面的圆周上并位于竖杆303的下部，动量轮旋转轴311与竖杆303的角度控制在30
°
至150
°
之间。
32.所述动量轮305外部设置纺锤外壳304，所述纺锤外壳304的形状为流线型纺锤体。
33.所述万向节307共分上下两部分，上部分为圆球型，并与竖杆303刚性固定，下部分为去顶空心圆球，可与圆球型部分形成滑动配合或滚动配合，去顶空心圆球的另一端与调节油缸308的活塞杆固定连接，所述调节油缸308固定在底座上。
34.所述调节油缸308设置原则为在无人艇1正常航行过程近可能竖直设置。
35.所述自适应桅杆3在万向节307处穿出所述无人艇1上层建筑的顶板的开口，采用外用柔性水密材料将该开口、万向节307及万向节307以下部位封闭。可在自适应桅杆3调整姿态时可以保证艇体飞溅的水不会进入艇内空间，且具有流线形态，不会给艇体航行带来太多的额外阻力。
36.如图3所示，310可以控制308、306、302、311。集控中心310为本技术的控制核心，不仅可以调节旋转电机306的转速，从而控制动量轮305的转速，而且可以根据需要调整动量轮305的盘面与竖杆303所在直线之间的夹角。302在垂直于303的方向可以伸缩，由310控制；所述载荷固定架302在垂直于303的方向可以伸缩，也由集控中心310控制，以此来调节桅杆的重心使其在立杆303所在的直线上。
37.本技术装置使用时，首先通过集控中心310，控制载荷固定架32调节长度，使得整个桅杆的重心处于桅杆的中轴线上，随后，控制电机以一定的速度进行旋转，以保证立杆在船艇航行时始终保持竖直状态，立杆303与调节油缸308直接通过万向节307进行连接，在保证二者不脱离的前提下，避免立杆303的竖直状态随艇体的运动而改变，所述集控中心310通过控制调节油缸308中的液压油的压力大小，进而控制载荷301所处的高度基本保持不变，以此来提升载荷301的工作性能。
38.本技术装置中的结构可根据实际需求进行合并、划分和删减。
39.尽管参考附图详细地公开了本技术，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本技术的应用。本技术的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本技术保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

技术特征：
1.一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述装置包括自适应桅杆(3)，所述的自适应桅杆(3)包括：载荷(301)、载荷固定架(302)、竖杆(303)、动量轮(305)、旋转电机(306)、万向节(307)、调节油缸(308)、底座(309)、动量轮旋转轴(311)，所述动量轮(305)、旋转电机(306)与动量轮旋转轴(311)共同构成了动量轮装置，所述动量轮旋转轴(311)一端与竖杆(303)相连接，另一端与旋转电机(306)相连接，旋转电机(306)通过其旋转轴同动量轮(305)相连接，万向节(307)共分上下两部分，上一部分为圆球型，并与竖杆(303)刚性固定，下一部分为去顶空心圆球，可与圆球型部分形成滑动配合或滚动配合，去顶空心圆球的另一端与竖直设置的调节油缸(308)的活塞杆固定连接，所述调节油缸(308)固定在底座(309)上，所述动量轮装置至少有三套，均匀分布在竖杆(303)的横截面的圆周上并位于竖杆(303)的下部，所述自适应桅杆(3)的底座(309)固定在所述无人艇(1)上。2.如权利要求1所述的一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述动量轮装置的动量轮旋转轴(311)与竖杆(303)的角度控制在30
°
至150
°
之间。3.如权利要求1所述的一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述的自适应桅杆(3)还包括纺锤外壳(304)，在所述动量轮装置外部设置纺锤外壳(304)，所述纺锤外壳(304)的形状为流线型纺锤体。4.如权利要求1所述的一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述自适应桅杆(3)在万向节(307)处穿出所述无人艇(1)上层建筑的顶板的开口，采用外用柔性水密材料将该开口、万向节(307)及万向节(307)以下部位封闭。5.如权利要求1所述的一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述载荷(301)固定在竖杆(303)及载荷固定架(302)上，载荷固定架(302)连接在竖杆(303)高处。6.如权利要求5所述的一种无人艇用自适应稳定搭载装置，其特征在于，所述载荷(301)为雷达设备、光电设备、航行灯、天线或摄像头。

技术总结
本申请公开了一种无人艇用自适应稳定搭载装置，该装置包括自适应桅杆(3)，自适应桅杆(3)包括：载荷(301)、载荷固定架(302)、竖杆(303)、纺锤外壳(304)、动量轮(305)、旋转电机(306)、万向节(307)、调节油缸(308)、底座(309)、动量轮旋转轴(311)。本申请能够巧妙地通过动量轮、调节油缸与万向节的结合，将无人艇航行过程中的运动与所搭载的通讯导航、光电、雷达等载荷进行分离，以提升这些载荷设备的运行性能，极大降低艇体运动对载荷的影响，从而解决无人艇通搭载设备不稳定所导致的通讯信号变差、感知准确度下降等问题，本申请能够避免安装结构复杂、针对整个艇体的姿态稳定控制装置，且结构简单、易于实现、维修成本低。维修成本低。维修成本低。


技术研发人员：郭成龙 杜俭业 鲍永亮 杨倩倩
受保护的技术使用者：航天科工深圳（集团）有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/6/27