一种两栖无人船的制作方法

【技术领域】

本发明涉及无人船技术领域，特别涉及一种两栖无人船。

背景技术：

随着自动化和计算机技术进步，无人车/无人船等机器产品越来越多应于生活中，尤其是水陆两栖无人船兼具陆地车辆和水上船舶功能，集合了汽车和船舶的双重优点，能够在陆地和水中以及水陆交界区域发挥独特性能，可弥补无人船无法自行上岸，无人车水中航行难的缺点，具有十分广阔的应用前景。但是，目前能同时满足“陆地运载和水域摆渡”跨场景自动化作业需求的机器人系统产品较少，市场需求缺口较大。

两栖无人船在民用领域适合于石油和煤气管道铺设、防汛、水上石油地质勘探、船只停泊卸货、旅游、水上养殖等；在军事领域，两栖无人船有更大的作为空间，我国拥有辽阔的近海海域，从海防和边防考虑，两栖无人船可以适用于无码头岛屿或停泊条件恶劣等情况下正常作业，还能满足边防巡逻时水陆交替路况，如浅水中船只无法通过或深水战车无法通行的情况；两栖无人船能对地平线较低而易积水成渊的区域实现不间断巡逻。

已有的两栖装备侧重于具备较强防护能力以及攻击性的登陆艇上，多为有人驾驶的两栖无人船，随技术的不断进步许多场合对装备的无人化等提出全新要求，为此能实现自动驾驶的两栖无人船成为研究焦点，具备“陆地行驶、水域航行、水陆切换”功能的两栖无人船将会在巡逻防护、孤岛防御等场景发挥特效功能，弥补当前市场缺少无人化两栖船的技术空白。

但是，在巡逻防护、孤岛防御等场景使用时，两栖无人船的作业环境多为水陆结合处，较多的淤泥、泥沙使得两栖无人船的陆地行驶轮常常陷入其中，导致两栖无人船无法继续行驶，严重影响了两栖无人船的任务执行。

鉴于此，克服该现有技术产品所存在的不足是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是市场上现有的两栖无人船，在巡逻防护、孤岛防御等场景使用时，其作业环境多为水陆结合处，较多的淤泥、泥沙使得两栖无人船的陆地行驶轮常常陷入其中，导致两栖无人船无法继续行驶，严重影响了两栖无人船的任务执行。

本发明采用如下技术方案：

一种两栖无人船，包括：船体、桅杆系统、主控系统、动力系统、探测系统、导航系统和通信系统；所述船体内的中后端设置有动力舱和控制舱，动力舱分布于船体下层，主控系统安装在控制舱中；所述主控系统与动力系统、探测系统、导航系统、通信系统分别连接，主控系统为控制中枢；

所述动力系统包括水域行驶系统和陆地行驶系统；所述陆地行驶系统包括液压泵、液压阀组和左右履带系统；左右履带系统包括液压马达、支撑液压缸、主动轮、导向轮、承重轮和履带，履带通过支撑杆与船体的承重梁连接安装，主控系统通过支撑液压缸对支撑杆进行伸缩调整，主动轮上安装有液压马达，液压马达驱动主动轮带动履带转动；所述陆地行驶系统安装于动力舱中部，左右履带系统安装于船体底部两侧。

优选的，所述左右履带系统还包括盖板，盖板对应履带设置，盖板的一侧与船体表面铰接，盖板的另一侧通过盖板液压缸与船体连接，主控制器通过控制盖板液压缸来控制盖板的开合。

优选的，所述左右履带系统由多节履带组成，支撑杆对应履带为多分支设置，主动轮和导向轮共同安装在履带内的连轴上，连轴与对应的支撑杆分支连接，连轴上设置有旋转马达，动力系统通过控制旋转马达带动连轴旋转。

优选的，所述支撑杆与船体的承重梁之间通过旋转活页连接安装，动力系统为旋转活页的转动提供动力，主控系统通过控制旋转活页来控制支撑杆的旋转角度。

优选的，所述主动轮上安装有同轴转轮，同轴转轮通过承载板与引导轮连接，加载履带缠绕安装在同轴转轮和引导轮上，主控系统可控制主动轮的制动与旋转；旋转马达与同轴转轮连接，主控系统可通过控制旋转马达实现承载板以同轴转轮为圆心旋转。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

该两栖无人船将陆地行驶系统设置为陆地行驶系统，使得在巡逻防护、孤岛防御等场景使用时，经过水陆结合处较多的淤泥和泥沙，履带增大了与陆地的接触面积，避免两栖无人船使用行驶轮时常常陷入其中，无法继续行驶的情况发生。进一步的，多节履带和连轴的设置，使得履带在正常行驶中打滑时，主控系统将履带的主动轮制动，利用旋转马达将连轴旋转，使整个履带呈椭圆形车轮状旋转，以增加两栖无人船的前进牵引力，将整个两栖无人船带出打滑区域。更进一步的，履带系统内支撑杆上的旋转活页设置，在履带打滑时可以调整支撑杆的位置，从而达到调整履带与陆地接触角度的目的，使得两栖无人船通过履带角度调整行驶出打滑区域。

【附图说明】

为了更清楚地说明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种两栖无人船的各个组成系统位置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种两栖无人船的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种两栖无人船的动力系统中履带系统的后视伸出状态示意图；

图4为本发明实施例提供的一种两栖无人船的动力系统中履带系统的后视收回状态示意图；

图5为本发明实施例提供的一种两栖无人船的动力系统中履带系统设置为多节履带的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种两栖无人船的动力系统中履带系统的履带打滑时旋转马达带动连轴旋转的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种两栖无人船的动力系统中履带系统设置同轴转轮的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种两栖无人船的驾控台布置示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1、船体；2、桅杆系统；3、主控系统；4、动力系统；5、探测系统；6、导航系统；7、通信系统；8、避障系统；9、动力舱；10、控制舱；11、水域行驶系统；12、陆地行驶系统；13、喷泵；14、智能舵；15、履带系统；16、液压马达；17、支撑液压缸；18、主动轮；19、导向轮；20、承重轮；21、履带；22、支撑杆；；24、连轴；25、旋转马达；26、旋转活页；27、盖板；28、盖板液压缸；29、同轴转轮；30、承载板；31、引导轮；32、加载履带；80、驾控台；81、油门推杆；82、陆机监控面板；83、陆机电源开关；84、船机监控面板；85、船机电源开关；86、方向盘；87、陆机启停按钮；88、船机启停按钮；89、船机急停按钮。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

如图1-图4所示，一种两栖无人船，包括：船体1、桅杆系统2、主控系统3、动力系统4、探测系统5、导航系统6和通信系统7；所述船体1内的中后端设置有动力舱9和控制舱10，动力舱9分布于船体1下层，主控系统3安装在控制舱10中；所述主控系统3与动力系统4、探测系统5、导航系统6、通信系统7分别连接，主控系统3为两栖无人船的控制中枢。

所述动力系统4包括水域行驶系统11和陆地行驶系统12，如图3-图4所示，所述陆地行驶系统12包括液压泵、液压阀组和左右履带系统15；左右履带系统15包括液压马达16、支撑液压缸17、主动轮18、导向轮19、承重轮20和履带21，履带21通过支撑杆22与船体1连接安装，主控系统3通过支撑液压缸17对支撑杆22进行伸缩调整，主动轮18上安装有液压马达16，液压马达16驱动主动轮18带动履带21转动；所述陆地行驶系统12安装于动力舱9中部，左右履带系统15分别安装于船体1底部两侧。

当两栖无人船在浅滩水域进行巡逻工作，由水域进入到陆地上时，首先通过通信系统7接收外部指挥系统的信息，或者根据导航系统6内储存的路径信息，主控系统3生成由水域航行转换为陆地行驶的指令，则水域行驶系统11关闭，且水域行驶系统11收缩进入船体1内的动力舱9，同时陆地行驶系统12开启，在支撑液压缸17的作用下，支撑杆22将履带21伸出，支撑杆22通常对应主动轮18和导向轮19设置为两根，支撑杆22完全伸出后，液压马达16启动，主动轮18在液压马达16的作用下开始转动，在主动轮18、承重轮20和导向轮19的共同作用下，履带21开始工作。至此，水域航行转换为陆地行驶指令执行完毕。

根据通信系统7所接收到的巡逻路线，或根据导航系统6内储存的路径信息，主控系统3下达巡逻指令，两栖无人船开始进行浅滩水域巡逻工作，主控系统3通过控制动力系统4控制两栖无人船巡逻时的行驶方向和行驶速度。

巡逻工作完成后，在主控系统3的控制下，两栖无人船由浅滩陆地向水域行驶，当行驶到导航系统6内标识的两栖无人船下水点时，主控系统3向两栖无人船下达从陆地行驶进入水域行驶指令，则陆地行驶系统12关闭，液压马达16关闭，在支撑液压缸17的作用下，支撑杆22将履带21收回，支撑杆22完全收回后，动力系统4对履带21的供能停止。同时，水域行驶系统11开启，主控系统3通过控制喷泵13和智能舵14，从而控制两栖无人船在水域中的行驶方向和行驶速度。至此陆地行驶进入水域行驶指令执行完毕。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述的探测系统5包括前摄像头、船舱摄像头、探照灯、航行灯、测深仪、转速检测仪和测距雷达；所述前摄像头安装于桅杆上部前端；所述船舱摄像头安装于动力舱9，用于观测动力舱9内各个组成部分的使用工况；所述探照灯安装于桅杆顶端横杆上，用于两栖无人船的行驶照明；所述航行灯均匀分布在船弦两侧，用于行驶时发送警示信号；所述测深仪和测距仪安装在船体1底部的船头一侧；所述转速检测仪安装在履带系统15上，用于检测履带21的转速。

当两栖无人船由浅滩陆地向水域行驶，到达导航系统6内标识的两栖无人船下水点时，探测系统5内的测深仪和测距雷达可根据主控系统3内预存的地理位置信息，对两栖无人船的下水点位置进行校正，以达到进行准确路径航行的目的。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述导航系统6包括惯导系统、北斗定位系统和罗经中的一项或者多项，其中惯导系统带有惯导主天线和惯导副天线；所述惯导系统、北斗定位系统和罗经安装于控制舱10中，惯导主天线和惯导副天线安装在桅杆的横杆上；惯导系统、北斗定位系统和罗经分别用于不同使用环境下的行驶定位，且将检测到的路径信息反馈给主控系统3。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述通信系统7包括数字电台、宽带电台、甚高频通信台，其中数字电台和宽带电台带有天线；所述数字电台和甚高频通信台安装于控制舱10中，所述宽带电台、数字电台的天线和宽带电台的天线安装于桅杆上，通信系统7用于不同距离的使用环境时与外部指挥联络，并在其中一种联络方式受影响时，可用其他联络方式替代，从而避免联络中断。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，两栖无人船行驶时会遇到各样的障碍物，此种情况下可设置避障系统8，避障系统8包括ais系统、毫米波雷达、激光雷达，其中ais系统带有ais主天线和ais副天线；所述ais系统安装于控制舱10，ais主天线和ais副天线安装于船头；所述毫米波雷达安装于桅杆上，激光雷达安装在船头上。所述避障系统8中ais系统作为船舶自动识别系统，监测两栖无人船的船位、船速、航向等船舶动态信息向主控系统3反馈，结合船名、呼号、吃水及危险等船舶资料向附近水域船舶及监控中心广播，同时接收监控中心发送的ais信息。所述毫米波雷达探测0.1km-100km间的障碍目标，作为水面中远距离避障的探测工具；所述激光雷达能探测0.1m-150m间的障碍目标，作为陆地运行、水陆交界处运行、船体1入港等行驶状态时的探测工具。

相应的，当两栖无人船为有人控制状态行驶时，所述探测系统5、导航系统6和避障系统8可向操作人员提供两栖无人船的各种工况信息，操作人员可通过通讯系统内的数字电台与外部指挥实时联络，也可通过通讯系统将两栖无人船的工况信息发送给外部指挥。

实施例2：

在上述实施例的基础上，当两栖无人船进行浅滩巡逻任务时，浅滩多为淤泥等较软质地的陆地环境，两栖无人船在巡逻时陆地行驶系统12容易陷入淤泥中，出现履带21打滑，无法继续行驶的情况，导致巡逻任务无法完成。针对此情况，如图5-图6所示，所述左右履带系统15由多节履带21组成，支撑杆22对应履带21为多分支设置，在多分支设置时支撑杆22多设置为一根，水平行驶时可在支撑杆22两侧设置辅助支撑，主动轮18和导向轮19共同安装在履带21内的连轴24上，连轴24与对应的支撑杆22分支连接，连轴24上设置有旋转马达25，动力系统4通过控制旋转马达25带动连轴24旋转。

当探测系统5检测到履带21在相应的转速下，行驶距离没有发生相应的改变时，判定两栖无人船发生履带21打滑，此时如图6所示，水平行驶时的辅助支撑收回，主控系统3控制履带21的主动轮18制动，控制旋转马达25工作，连轴24开始旋转从而带动履带21跟随连轴24旋转，从而达到增大履带21与浅滩的接触面作用力，增加摩擦，克服打滑情况，行驶出淤泥打滑区域的目的。探测系统5检测到履带21打滑情况结束时，向履带系统15发出陆地行驶指令，旋转马达25关闭，主控系统3控制履带21的主动轮18开始工作，履带系统15切换到陆地行驶状态。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，如图4所示，可在支撑杆22与船体1之间通过旋转活页26连接安装，动力系统4为旋转活页26的转动提供动力，主控系统3通过控制旋转活页26来控制支撑杆22的旋转角度。在履带21打滑时，主控系统3可控制旋转活页26旋转，配合探测系统检测到的船体1数据信息，调整旋转活页26，带动支撑杆22变换角度，从而改变履带21与浅滩的接触面作用力的作用角度，增加摩擦，克服打滑情况，最终行驶出淤泥打滑区域。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，如图3-图4所示，所述左右履带系统15还可设置盖板27，盖板27对应履带21设置，盖板27的一侧与船体1表面铰接，盖板27的另一侧通过盖板液压缸28与船体1连接，主控制器通过控制盖板液压缸28来控制盖板27的开合。在两栖无人船进行水域行驶时，两栖无人船的履带系统15为收缩状态，盖板27为履带系统15提供防护，以增加履带21的使用寿命。另一方面，在海域行驶风浪较大时，主控系统3可通过控制盖板液压缸28来调整盖板27的收合状态，将盖板27展开，帮助水域中的船体1抵挡风浪，以保持在水域行驶时船体1平衡。

实施例3：

实施例2中介绍了一种左右履带系统15由多节履带21组成，支撑杆22对应履带21为多分支设置，在多分支设置时支撑杆22多设置为一根，水平行驶时可在支撑杆22两侧设置辅助支撑，陆地行驶系统12的主动轮18和导向轮19共同安装在履带21内的连轴24上。但是，在小型的两栖无人船上使用时，多节的履带21负重较大，安装复杂，不适合安装在小型的两栖无人船上使用，此时，针对小型的两栖无人船，如图7所示，可在履带系统15的主动轮18上设置安装有同轴转轮29，同轴转轮29通过承载板30与引导轮31连接，加载履带32缠绕安装在同轴转轮29和引导轮31上，主控系统3可控制主动轮18的制动与旋转；旋转马达25与同轴转轮29连接，主控系统3可通过控制旋转马达25控制承载板30以同轴转轮29为圆心旋转。

当探测系统5检测到履带21在相应的转速下，行驶距离没有发生相应的改变时，判定两栖无人船发生履带21打滑，此时如图7所示，主控系统3控制履带21的同轴转轮29开始旋转，则履带系统15运动的同时，承载板30以同轴转轮29为圆心转动，从而达到将履带系统15与浅滩的接触面作用力和作用角度调整的目的，增加摩擦，克服履带21打滑情况，最终将两栖无人船行驶出淤泥打滑区域。

实施例4：

在上述实施例1-实施例3的基础上，如图8所示，为了方便操作人员对两栖无人船在实际使用环境中进行测试，可在船体1的控制舱10内设置驾驶座和驾控台80；所述驾控台包括油门推杆81、陆机监控面板82、陆机电源开关83、船机监控面板84、船机电源开关85、方向盘86、陆机启停按钮87、船机启停按钮88、船机急停按钮89。

所述驾控台80中陆机监控面板82通过数据线与陆用发动机相连，并收集陆用发动机的工况信息；船机监控面板84通过数据线与船用发动机相连，并收集船用发动机的工况信息；船机电源开关85通过电源线与船机控制盒相连，经由船机控制盒为船用发动机提供上电信号；陆机启停按钮87通过数据线于陆用发动机控制系统相连；船机启停按钮88、船机急停按钮89通过数据线于船用发动机控制系统相连；陆机电源开关83通过电源线与陆用发动机相连，为陆用发动机提供上电信号。

所述驾控台80中油门推杆81通过数据总线经由主控系统3将控制指令下发给水域行驶系统11及陆地行驶系统12；驾控台80中方向盘86的转向泵接入水域行驶系统11，实现水域行驶系统11转向控制。

结合图8，下面详细说明驾控台80如何实现测试两栖无人船动作过程。

当驾控台80驱动陆机相关动力系统时，相应的操作流程为：

a、确定主控系统3当前控制模式为陆地行驶模式，驾控台80陆机电源开关83导通，给陆用发动机用电子控制单元(electroniccontrolunit，简写为ecu)上电。

b、按下陆机启停按钮87，启动指令信息上送主控系统3，然后经由陆用发动机控制系统启动陆用发动机，并使陆用发动机运行至指定转速。

c、当正向推动油门推杆81，形成向前直行指令上送给主控系统3，主控系统3将指令信息转发给履带运动控制系统，履带运动控制系统驱动左马达电磁阀和右马达电磁阀都处于正向打开状态，同时向前直行指令经由履带运动控制系统转发给液压驱动器；液压驱动器根据向前直行指令控制左履带系统的液压马达16和右履带系统的液压马16达均匀出力，进而实现两栖无人船直行前进。

d、当油门推杆81位置还原后，形成停车指令并将指令上送主控系统3，然后经由履带运动控制系统转发给液压驱动器；液压驱动器根据停车指令控制左马达电磁阀和右马达电磁处于中间状态，进而左履带系统的液压马达16和右履带系统的液压马达16出力为零，进而实现两栖无人船停止前进。

e、当反向推动油门推杆81，形成向后直行指令上送给主控系统3，主控系统3将指令信息转发给履带运动控制系统，履带运动控制系统驱动左马达电磁阀和右马达电磁阀都处于反向打开状态，同时向后直行指令经由履带运动控制系统转发给液压驱动器；液压驱动器根据向后直行指令控制左履带系统的液压马达16和右履带系统的液压马达16均匀出力，进而实现两栖无人船直行后退。

f、当按起陆机启停按钮87，形成陆机熄火指令信息上送主控系统3，然后经由陆用发动机控制系统停止陆用发动机工作。

当驾控台80驱动船机相关动力系统时，相应的操作流程为：

a、确定主控系统3当前控制模式为水域航行，驾控台80的船机电源开关84导通，经由船机控制盒给船用发动机ecu上电。

b、按下船机启停按钮88，启动指令信息上送主控系统3，然后经由船用发动机控制系统转发给船机控制盒，由船机控制盒启动船用发动机。

c、当正向推动油门推杆81，形成前进指令并将指令上送主控系统3，经由智能舵控制系统控制喷泵系统连接船用发动机的万向轴，经由船用发动机控制系统控制船用发动机增大动作功率，船用发动机通过万向轴驱动喷泵系统工作，此时喷泵系统的翻盖为顶起状态，喷泵13向后喷水实现两栖无人船向前航行。

d、当油门推杆81位置还原后，形成停船指令并将指令上送主控系统3，然后经由船用发动机控制系统控制船用发动机处于怠速状态，并由智能舵控制系统控制喷泵系统脱离船用发动机的万向轴，从而喷泵13出力为零，使两栖无人船失去航行驱动力。

e、当反向推动油门推杆81，形成后退指令并将指令上送主控系统3，经由智能舵控制系统控制喷泵系统连接船用发动机的万向轴，经由船用发动机控制系统控制船用发动机增加功率动作，船用发动机通过万向轴驱动喷泵系统工作，此时喷泵系统的翻盖为放下状态，使喷泵13出水方向反向，喷泵13向前喷水实现两栖无人船向后航行。

f、当旋转驾控台的方向盘86，形成转向指令并将指令上送给主控系统3，然后经由智能舵控制系统驱动喷泵系统调整喷水方向，进而实现两栖无人船水域转弯。

g、当按起船机启停按钮88，形成船机熄火指令信息上送主控系统3，然后经由船用发动机控制系统发送给船机控制盒，由船机控制盒停止船用发动机工作。

h、当两栖无人船在水域正常航行时，按下船机急停按钮89，形成急停指令信息上送主控系统3，然后经由船用发动机控制系统发送给船机控制盒，由船机控制盒激活急停信号并实现船用发动机急停。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。