一種智能化新能源無人船的制作方法

本發明涉及無人船應用領域，尤其涉及一種智能化新能源無人船。

背景技術：

國內最早期的無人船采用的是塑料或泡沫的外殼，加上簡單的遙控控制方式，搭載旋轉的水面垃圾采集收集裝置。這種無人船因為技術受限，遙控距離短，續航時間短，且功能單一，現在已經基本被淘汰。

第二代無人船，也就是我們現在使用的無人船開始采用玻璃鋼、pvc、凱夫拉等材料，并且應用了較為先進的電子科技成果，將小型化的控制模塊，高效的動力電池，小型的視頻無線傳輸裝置以及節能化的新型無刷動力集成于船體上，能夠實現較長時間的續航，較遠距離的控制等等，但是其能源還是僅依靠動力電池提供，在極端天氣條件或是電池本身故障的情況之下就無法行動，且其續航時間因為供能單一，也無法得到保證，并且因為沒有足夠智能化的自動航行程序，所以在船體發生故障之時也無法做到智能化的自動返航。所以雖然可以用作水樣采集，但是卻不適應水質處理，長航時監測等眾多任務類型，故其使用范圍始終受限。

而我國目前的水污染情況比較嚴峻，急需長航時，多功能，成本低廉的新型無人船達成水污染監測，水污染處理，河道巡邏等多元化目標，而因為水污染情況的復雜，故需要無人船搭載多種類型的水處理設備與傳感器，而這些會給無人船帶來極大的能耗，受污染水體的復雜環境也會對常規船體造成不同程度的損傷，且部分設備的價格十分昂貴。所以需要無人船具備高耐受性，長續航時間，高可靠性的指標。

技術實現要素：

本發明的目的：提供一種智能化新能源無人船，能夠應用于水質采樣、水質監測、水質處理、河道巡視等領域。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種智能化新能源無人船，包括船體及安裝在船體上的復合能源系統、gps定位設備、圖像與數據實時回傳模塊、微電腦自動駕駛儀、無刷動力系統、自動避障模塊、遠程遙控與處理模塊、液體傳感器及應急模塊；所述的復合能源系統、gps定位設備、圖像與數據實時回傳模塊、自動避障模塊及液體傳感器分別與所述的微電腦自動駕駛儀及遠程遙控與處理模塊連接，并接入所述的無刷動力系統及應急模塊驅動所述的船體；所述的液體傳感器安裝在所述的船體的水密艙之內。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的復合能源系統為太陽能、電能、風能智能復合能源系統；所述的復合能源系統包括與太陽能電池板、風能發電設備相連的太陽能和風能綜合智能控制器，并連接大容量鋰電池。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的gps定位設備與所述的微電腦自動駕駛儀連接。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的圖像與數據實時回傳模塊包含夜視防水攝像頭及可變頻段數據信號回傳模塊，所述的防水夜視攝像頭將信號傳遞給所述的可變頻段數據信號回傳模塊，并將數據傳回所述的遠程遙控與處理模塊。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的微電腦自動駕駛儀內設微型智能計算機芯片，所述的微電腦自動駕駛儀通過微型智能計算機芯片連接所述的無刷動力系統、自動避障模塊、遠程遙控與處理模塊、液體傳感器及應急模塊。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的無刷動力系統包括無刷電機及無刷電調，所述的無刷電機及無刷電調連接所述的復合能源系統。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的船體由有機復合材料與無機輕質硬質材料加工成型，并在外表面涂覆防水、防腐蝕油漆。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的自動避障模塊由超聲波傳輸收發模塊及超聲波智能控制器組成，所述的自動避障模塊連接所述的微電腦自動駕駛儀。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的遠程遙控與處理模塊由可變頻段遙控器、接收機及接收一體化顯示屏組成。

上述的智能化新能源無人船，其中，所述的應急模塊由兩個帶風葉的無刷電機組成。

本發明能通過遙控控制或者按照預設路線自主行動，工作距離長，具有較好的信號傳輸和抗干擾能力；能利用太陽能、風能和電能聯合供能，節能環保，續航時間長；能在水質處理、水質監測、沿岸巡邏監測等方面可以發揮無可替代的作用。

附圖說明

圖1是本發明一種智能化新能源無人船的安裝示意圖。

圖2是本發明一種智能化新能源無人船的結構示意圖。

圖3是本發明一種智能化新能源無人船的自動駕駛的原理流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明的實施例。

請參見附圖1及附圖2所示，一種智能化新能源無人船，包括船體6及安裝在船體6上的復合能源系統1、gps定位設備2、圖像與數據實時回傳模塊3、微電腦自動駕駛儀4、無刷動力系統5、自動避障模塊7、遠程遙控與處理模塊8、液體傳感器及應急模塊10；所述的復合能源系統1、gps定位設備2、圖像與數據實時回傳模塊3、自動避障模塊7及液體傳感器分別與所述的微電腦自動駕駛儀4及遠程遙控與處理模塊8連接，并接入所述的無刷動力系統5及應急模塊10驅動所述的船體6。

所述的復合能源系統1為太陽能、電能、風能智能復合能源系統；所述的復合能源系統1包括與太陽能電池板12、風能發電設備11相連的太陽能和風能綜合智能控制器14，并連接大容量鋰電池13。以太陽能和風能綜合智能控制器14為核心，太陽能和風能綜合智能控制器14內部裝載集成芯片，內有對能源進行綜合調度的自動化程序，能夠自動選擇最佳方案，能效最大化的為船體6供能，在風能或太陽能充足時選擇風能太陽能混合供能（此時的充足指的是太陽能與風能的復合能源能夠滿足船體驅動以及設備正常運行要求，若仍有富余，則會給蓄電池充電），在太陽能或風能不足時使用電池電能混合太陽能或風能供能，而且該系統帶有對電池與船體6的自動保護系統，能夠避免船體6電壓過高或是電池的過充過放，保障船體6各電裝的安全。

所述的gps定位設備2與所述的微電腦自動駕駛儀4連接，gps定位設備2作為位置確定部件，能夠輔助其完成定點巡航，自動返航，一鍵返航等功能，gps定位設備2的精度在0.5m之內，且能夠迅速搜索衛星，擁有非常快的響應速度。

所述的圖像與數據實時回傳模塊3包含夜視防水攝像頭15及可變頻段數據信號回傳模塊16，所述的防水夜視攝像頭15將信號傳遞給所述的可變頻段數據信號回傳模塊16，并將數據傳回所述的遠程遙控與處理模塊8。圖像與數據實時回傳模塊3是無人船完成任務的關鍵所在，配合陸上dvr視頻錄制和fpv實時圖傳，駕駛員可以在陸上查看船體6周圍的實時情況，視頻數據以及船體6另外搭載的傳感器或者其他模塊所傳出的數據將會被傳輸至微電腦智能駕駛儀4，由微電腦智能駕駛儀4統一處理數據之后傳輸至可變頻段船載數據發射器，通過無線電信號的形式（采用915mhz至5.8ghz之間的合法頻段）傳回陸上，與實時圖像一起顯示在顯示屏上，達到圖像與數據實時回傳的功能。

所述的微電腦自動駕駛儀4內設微型智能計算機芯片，所述的微電腦自動駕駛儀4通過微型智能計算機芯片連接所述的無刷動力系統5、自動避障模塊7、遠程遙控與處理模塊8、液體傳感器9及應急模塊10，統一協調各部件的運作并達到智能駕駛，自動避障等各項智能化功能。搭載多種傳感器的微電腦自動駕駛儀4作為無人船的核心元件，其主要部件為微型智能計算機芯片，微型智能計算機芯片上搭載有微型電子羅盤、重力傳感器、陀螺儀、速度傳感器以及智能集成控制系統，微型智能計算機芯片與船體6各零部件相連，通過集成控制系統對船體6各部件進行統一的調度，從而實現各項智能化功能。

所述的無刷動力系統5包括無刷電機及無刷電調，所述的無刷電機及無刷電調連接所述的復合能源系統1，保證船體6的動力輸出。無刷動力系統5分為常規驅動系統和應急模塊系統，常規驅動系統安裝在船體6內部，驅動螺旋槳作為水下動力，應急模塊10安裝在船體6上方，僅在常規動力系統故障時驅動風葉作為應急動力使用，驅動船后退靠岸，等待地面人員檢修。

所述的船體6由新型有機復合材料與無機輕質硬質材料加工成型，并在外表面涂覆新型防水、防腐蝕油漆。低阻力輕質船體為保證無人船性能而設計，從外觀上來說，其使用飛剪式艦艏，流水線艦體以及低觸水面積設計艦尾，能夠最大化的增加其穩定性，減少其阻力，增加其動力效率。從材料上為三層式設計，最內層使用新型輕質有機材料，硬度適中，且具有優秀的抗沖擊、耐熱、耐腐蝕性能，中間層為硬質保護層，加大其結構強度與硬度，但是僅略微增加其重量，最外層使用防水防腐蝕漆噴涂，最后使船體6達到高硬度，抗腐蝕，輕質量的特點。

所述的自動避障模塊7由超聲波傳輸收發模塊20及超聲波智能控制器組成，所述的自動避障模塊7連接所述的微電腦自動駕駛儀4，自動避障模塊7保證其在自動駕駛的情況下能夠智能化的避開水面障礙物。其避障原理為使用左右兩個超聲波模塊發射信號，若其中左側模塊回傳信號，則說明左側存在障礙，船體向右偏航，待左側障礙消除以后，恢復原定航向。若兩側均有障礙，則無人船會停船，等待一側障礙信號消除以后進行避障并恢復原航向。（自動避障在手動駕駛模式時不啟動）

所述的遠程遙控與處理模塊8由可變頻段遙控器、接收機及接收一體化顯示屏組成，能夠遠程控制船體6，切換各項功能，并讀取無人船傳回的圖像以及數據。接收一體化顯示屏能夠接受無人船傳回的信號并實時顯示，可變頻段遙控器使用433mhz到2.4ghz之間的合法頻段無線電信號，這類信號格式不易被干擾且繞射性能優秀，并且可以達到10km以上的控制距離。

所述的液體傳感器安裝在所述的船體6的水密艙之內，可以檢測船體6是否進水。

所述的應急模塊10由兩個帶風葉的無刷電機組成，可在船體水下動力完全損毀時驅動船體6應急后退。

在本發明中，船體5搭載太陽能電池板與風力發電設備，在陽光或者風能充足的時候優先采用新能源作為動力，而在陽光或風能不足時則啟用動力電池，同時由太陽電池板和風力發電設備所產生的能源則將由太陽能、電能、風能智能控制器傳輸給電池，保證其長續航。而船體6則采用新型的有機材料制作，在保證船體6硬度的同時大大提高其耐受性，使其具備抗腐蝕、壽命長的特點，同時外附無機加硬涂層和防水、抗腐蝕油漆，使其具備硬度高、質量輕的特點，且外表面光滑，能極大減少其阻力，且其總密度低于水，意味著即使其在進水的情況下也不至于下沉，并且配合其故障自動返航的機制，能使其迅速回到使用者身邊，保證了船體6和船艙內設備的安全。

本發明主要采用遙控方式進行控制，具備較大的船艙空間，能夠第一視角的觀察并拍攝、錄制其前方視野；采用較大功率可變頻段的控制與數據回傳信號，擁有10km以上的工作距離，在復雜水域環境的信號穿透能力與抗干擾能力更強；具有高度智能化的航行自動控制系統，能夠自動判斷故障，配合gps定位設備2與內置的地圖智能化的自動返航，并可以在任意工作模式下協同自動避障模塊7實現自動避障功能；搭載太陽能電池板，風力發電機等設備，能夠做到太陽能、風能、電能聯合供能，并且內置控制器，能夠根據當時風力、光強度等條件自動給內置的鋰電池充電，在滿電時自動停止，防止過量充電，同時達成極長的續航時間。

在水質處理和水質監測應用時，需要船擁有足夠的可靠性，足夠的續航時間，足夠的獨立完成任務能力，本發明能夠在控制系統的控制下獨立的完成任務，并具備極長的續航時間，足夠其完成一個水域的任務，在遇到特殊情況時，其自動返航程序以及自動避障模塊7能夠使其安全的返回控制者身邊或者預先設定的安全位置，保證了船體6上設備的安全，倘若船體6受到了暴力破壞，外置的應急模塊10也可作為動力驅動船體6靠岸。在巡邏監測方面，本發明配備了高清夜視相機，并且有高于十公里（如果水面開闊，其信號距離可以傳輸的更遠）的信號傳輸距離，實現遠距離監視，遠距離控制，同時，其osd模塊可以方便使用者讀出其所在方位與船體6的狀態以及各項航行參數，適合在各種情況，各種水域下工作。

請參見附圖3所示，對于自動返航程序的設定，會將該地域每一個水域都標上若干條單向航線（自動返航的航線與用戶自定義的自動駕駛航線不沖突），每條單向航線都由若干個獨立的航點組成，當返航程序觸發時（失控或故障或人為打開自動返航），微電腦自動駕駛儀4會自動根據gps信號識別其所在水域，每塊水域均有其水域識別區域，環繞整個水域，無人船在該識別區內時只能使用本區域的航線（若該水域太小或者大致為凸多邊形沒有被設置水域識別區域，則直接采取直線返航模式），無人船會依據無人船目前所在位置和終點位置判斷最佳路線（船距離起點距離+船距離終點的距離最近者），并在行駛至離目標最近的航點之后直線向目標點前進。自動返航觸發時，自動避障始終啟動。任意航點均可作為起點或終點，但是在一條航線上的航向僅有正反兩種方向，并且在一次返航任務中的航線上只能沿一個方向行駛。

使用時，在船體6上加裝用戶需要的傳感器或者其他零部件之后，對微電腦自動駕駛儀4進行簡單調試并編輯好航點航行路線后即可下水，下水后在岸上架好接收一體化顯示屏，通過可變頻段遙控器控制無人船的航行，也可通過可變頻段遙控器上的開關來切換行船的自動與手動模式控制無人船的航行，同時也可以在岸上通過可變頻段遙控器上的各個旋鈕以及開關控制船體6上附加的傳感器/反應器等，并實時的從接收一體化顯示屏上讀取其所傳回的數據，在遇到無人船故障情況時，無人船會發出警報，駕駛員可手動切換應急模塊10，采用空氣動力使其靠岸，避免了使用載人船只對其進行施救的麻煩。

綜上所述，本發明能通過遙控控制或者按照預設路線自主行動，工作距離長，具有較好的信號傳輸和抗干擾能力；能利用太陽能、風能和電能聯合供能，節能環保，續航時間長；能在水質處理、水質監測、沿岸巡邏監測等方面可以發揮無可替代的作用。

以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用附屬在其他相關產品的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。