一种便携式混合动力矢量推进无人船的制作方法

本发明属于水面无人航行器技术领域，具体涉及一种便携式混合动力矢量推进无人船。

背景技术：

随着无人技术兴起，水面无人船成为研究热点，无人船能够在复杂危险的海域全天候作业，使其能够完成有人船所不能完成的任务，因此水面无人船在军事领域具有很大应用潜力，在海洋学、地球物理化学等科研领域，水面无人船也具有很大应用价值，无人船通常为小型船只，如何增加其续航及抗浪能力是无人船研究的重点问题。

目前无人船研究较多但是矢量推进无人船研究较少，公开号为cn203345192u的中国专利公开了一项名称为一种无舵自动走航的无人船的技术方案，该方案可以通过两个推进器差速推进实现无人船转向，但差速推进会导致转弯半径过大，操纵灵活性差，在风浪较大的情况下航行精度问题难以解决；公开号为cn106547273a的中国专利公开了一项名称为一种帮助无人船通过狭窄水域的装置及其使用方法的技术方案，该专利所阐述的水面无人船一方面依靠单推进器及舵实现无人船的转向，另外一方面，在遇到狭窄水域时其避险动力装置可使无人船实现横向移动，但其转向时为欠驱动方案转向，导致机器人运动灵活性较差；公开号为cn250661628u的中国专利公开了一项名称为一种用于水体修复的太阳能无人船的无人船技术方案，cn207758961u的中国专利公开了一项名称为无人船的技术方案，两个专利均采用太阳能作为无人船的能源，但其太阳能帆板不能折叠收回，不便于运输，高海况时无人船稳心高小，航行稳定性问题难以解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种便携式混合动力矢量推进无人船，解决现有技术存在的运动灵活性差以及续航能力差的问题。

为实现上述目的，本发明的一种便携式混合动力矢量推进无人船包括：

无人船主体；

设置在所述无人船主体内部的电控及能源系统；

声学设备布放装置，所述声学设备布放装置至少包括一个声学传感器，所述声学传感器相对所述无人船主体上下运动，所述声学传感器和所述电控及能源系统电连接；

设置在所述无人船主体上连接无人船主体内部和外部的穿舱水密接插件；

设置在所述无人船主体上的信号采集单元，所述信号采集单元至少包括一个太阳能板以及安装在所述太阳能板上的摄像头和gps，所述信号采集单元通过所述的穿舱水密接插件和电控及能源系统进行能量及信号的传输；

以及设置在所述无人船主体行进方向后端的矢量推进装置。

所述无人船主体包括：

无人船壳体，所述无人船壳体中心位置开有贯穿上下的中央井；

设置在所述无人船壳体内的二层甲板；

设置在所述无人船壳体上端面前部的前舱盖；

设置在所述无人船壳体上端面后部的后舱盖；

设置在所述无人船壳体上表面的提手；

和所述中央井的内壁上部固定连接的第一法兰盘；

和所述后舱盖连接的密封盖；

以及第一固定结构，四个所述第一固定结构对称设置在所述无人船壳体上表面。

所述电控及能源系统包括设置在所述无人船主体的二层甲板上的电子罗盘、无人船核心控制器、24v直流锂电池、12v直流锂电池以及电机驱动器；

所述电子罗盘的主轴线和所述无人船主体的无人船壳体的主轴线平行；通过通过所述24v直流锂电池和所述12v直流锂电池为无人船主体供电；所述无人船核心控制器接收信号采集单元的信号并控制无人船整体运动。

所述声学设备布放装置还包括：

和所述无人船主体的第一法兰盘连接的第二固定结构；

安装在所述第二固定结构上表面的第二法兰盘；

安装在所述第二法兰盘上的步进电机；

以及丝杠，所述丝杠下端和所述声学传感器固定连接，另一端和步进电机连接。

所述信号采集单元还包括带动所述太阳能电池板相对所述无人船主体做升降运动的升降连接驱动机构以及设置在所述太阳能电池板上的频闪灯、无线电和无线网桥，无人船通过所述无线电和无线网桥和外部通信。

所述升降连接驱动机构包括：

分别和所述无人船主体上的四个第一固定结构可拆卸固定连接的四个升降平台安装座；

对称设置在无人船主体两侧两组平行四边形机构，每个所述平行四边形机构包括和所述太阳能板固定连接的连杆c以及分别和连杆c两端通过转动销转动配合的连杆a和连杆b，所述连杆a和连杆b的另一端分别和位于所述无人船主体同一侧的两个升降平台安装座转动配合；

通过电机支撑结构固定在所述无人船主体的二层甲板上的升降驱动电机；

以及限位转动结构，所述限位转动结构穿过连杆a以及升降平台安装座的销孔并通过第一联轴器和所述升降驱动电机的电机轴连接，所述升降驱动电机位于无人船主体内部，电机轴穿过所述无人船主体的无人船壳体与限位转动结构连接，所述限位转动结构周向分布两个限位块，与连杆a的两个限位槽配合。

所述太阳能板中间设置有方槽，所述声学设备布放装置中的丝杠通过方槽穿过太阳能板。

所述矢量推进装置包括对称设置在所述无人船主体后端的两个推进器以及调整两个推进器推进方向的角度调整单元；所述推进器和所述无人船主体转动配合。

所述推进器相对所述无人船主体转动配合具体为：所述矢量推进装置还包括：

和所述无人船主体固定连接的转接密封结构；

和所述转接密封结构固定连接的夹紧块a和夹紧块b，所述夹紧块a和夹紧块b相对的两个面形成圆孔；

和所述夹紧块a以及夹紧块b形成的圆孔通过轴承转动配合的转轴；

和转轴一端通过第三联轴器连接的第四固定结构，所述第四固定结构和所述推进器固定连接；

以及密封o形圈，所述密封o形圈设置在驱动轴密封槽内。

所述角度调整单元包括：

推进驱动电机，所述推进驱动电机设置在所述无人船主体内部的二层甲板上；

驱动轴，所述驱动轴的一端和所述推进驱动电机的输出轴通过第二联轴器连，所述驱动轴穿过所述无人船主体的密封盖，所述驱动轴和所述密封盖配合处设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封o形圈；

曲柄，所述曲柄的一端和所述驱动轴的另一端固定连接；

滑块a，所述滑块a固定在所述驱动轴的另一端；

推杆，所述推杆为t型结构，包括沿无人船主体轴线方向的一部分和垂直无人船主体轴线的一部分，所述推杆垂直无人船主体轴线的一部分设置有滑槽，所述滑块a和所述滑槽滑动配合；

第三固定结构，所述第三固定结构固定在所述无人船主体的后舱盖上，所述推杆沿无人船主体轴线方向的一部分和所述第三固定结构滑动配合；

滑块b，所述滑块b固定在所述推杆的端部；

以及摇杆，两个所述摇杆关于所述无人船主体的轴线对称设置，每个摇杆上开有沿杆长方向的滑槽，所述滑块和两个所述摇杆上的滑槽滑动配合，两个所述摇杆的一端分别和对称设置的两个转轴固定连接。

本发明的有益效果为：本发明的一种便携式混合动力矢量推进无人船的无人船主体密封舱内部安装有无人船电控及能源系统；声学设备布放装置安装于无人船主体中央井，在步进电机驱动下可沿丝杠轴线直线运动；无人船主体上表面安装有穿舱水密接插件；无人船主体两侧设置升降平台安装结构，升降平台安装有太阳能面板、定位及通信传感器，在电机驱动下四杆机构可实现平台升降；矢量推进装置安装于无人船主体后部，在曲柄滑块机构在步进电机驱动下实现推进器主体旋转，实现无人船矢量控制。本发明结构简单，通过矢量推进装置可提高无人船运动的灵活性，在增加续航能力的同时不影响其航行的稳定性。

附图说明

图1为本发明的无人船轴侧图；

图2为本发明的无人船主体侧爆炸图；

图3为本发明的无人船主体左视图剖视图；

图4为本发明的无人船电控及能源系统左视图剖视图；

图5为本发明的无人船电控系统俯视图剖视图；

图6为本发明中声学布放装置左视图剖视图；

图7为本发明中信号采集单元轴侧图；

图8为本发明中信号采集单元局部放大爆炸图；

图9为本发明中矢量推进装置俯视图；

图10为本发明中矢量推进装置左视图剖视图局部放大图；

图11为本发明中矢量推进装置机构简图；

图12为本发明中矢量推进装置推进器固定模块左视图剖视图；

图13为本发明中矢量推进装置推进器固定模块左视图剖视图局部放大图；

其中：1、无人船主体，101、提手，102、二层甲板，103、前舱盖，104、中央井，105、第一法兰盘，106、后舱盖，107、密封盖，108、第一固定结构，109、无人船壳体，2、电控及能源系统，201、电子罗盘，202、无人船核心控制器，203、24v直流锂电池，204、12v直流锂电池，205、电机驱动器，3、声学设备布放装置，301、声学传感器，302、第二法兰盘，303、步进电机，304、丝杠，305、第二固定结构，4、穿舱水密接插件，5、信号采集单元，501、升降平台安装座，502、限位转动结构，503、连杆a，504、连杆b，505、连杆c，506、摄像头，507、频闪灯，508、无线电，509、无线网桥，510、gps，511、太阳能板，512、转动销，513、升降驱动电机，514、电机支撑结构，515、第一联轴器，6、矢量推进装置，601、驱动轴，602、曲柄，603、滑块a，604、推杆，605、第三固定结构，606、转接密封结构，607、夹紧块a，608、夹紧块b，609、推进器，610、转轴，611、摇杆，612、滑块b，613、推进驱动电机，614、第二联轴器，615、密封o形圈，616、轴承，617、第四固定结构，618、第三联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的一种便携式混合动力矢量推进无人船包括：

无人船主体1；

设置在所述无人船主体1内部的电控及能源系统2；

声学设备布放装置3，所述声学设备布放装置3至少包括一个声学传感器301，所述声学传感器301相对所述无人船主体1上下运动，所述声学传感器301和所述电控及能源系统2电连接；

设置在所述无人船主体1上连接无人船主体1内部和外部的穿舱水密接插件4；

设置在所述无人船主体1上的信号采集单元5，所述信号采集单元5至少包括一个太阳能板511以及安装在所述太阳能板511上的摄像头506和gps510，所述信号采集单元5通过所述的穿舱水密接插件4和电控及能源系统2进行能量及信号的传输；

以及设置在所述无人船主体1行进方向后端的矢量推进装置6。

参见附图2和附图3，所述无人船主体1包括：

无人船壳体109，所述无人船壳体109中心位置开有贯穿上下的中央井104；

设置在所述无人船壳体109内的二层甲板102；

设置在所述无人船壳体109上端面前部的前舱盖103；

设置在所述无人船壳体109上端面后部的后舱盖106；

设置在所述无人船壳体109上表面的提手101；

和所述中央井104的内壁上部固定连接的第一法兰盘105；

和所述后舱盖106连接的密封盖107；

以及第一固定结构108，四个所述第一固定结构108对称设置在所述无人船壳体109上表面。

驱动轴601相对于后舱盖106旋转运动，该处密封属于动密封，后舱盖106不适合开o圈槽。故选用密封盖107进行转接密封。密封盖107底面开有o圈槽，与后舱盖106上表面形成静密封，密封盖107中心轴孔开有o圈槽，与驱动轴601形成动密封。

本申请的把手安装于无人船壳体109外表面，便于搬运，二层甲板102安装于无人船壳体109密封舱内部，可起到防水效果，所述前舱盖103及后舱盖106均通过螺栓连接与无人船壳体109上表面连接，密封盖107通过螺钉与后舱盖106连接，所述中央井104设置于无人船主体1中间，其上部与法兰盘通过螺钉固连，第一固定结构108为4个相同结构，分别固定于无人船壳体109两侧。

参见附图4和附图5，所述电控及能源系统2包括设置在所述无人船主体1的二层甲板102上的电子罗盘201、无人船核心控制器202、24v直流锂电池203、12v直流锂电池204以及电机驱动器205；

所述电子罗盘201的主轴线和所述无人船主体1的无人船壳体109的主轴线平行；通过通过所述24v直流锂电池203和所述12v直流锂电池204为无人船主体1供电；所述无人船核心控制器202接收信号采集单元5的信号并控制无人船整体运动。其中，24v直流锂电池203为推进器609推进驱动电机613、升降驱动电机515供电，其中，12v直流锂电池204为其余电子元器件供电，包括：电子罗盘201、无人船核心控制器202、声学传感器301、摄像头506、频闪灯507、无线电508、无线网桥509、以及gps510。

所述电子罗盘201及无人船核心控制器202安装于前部的二层甲板102上方，电子罗盘201用于无人船航向导航，无人船核心控制器202为无人船控制系统，所述24v直流锂电池203、12v直流锂电池204、电机驱动器205均固定于后部的二层甲板102上。

参见附图6，所述声学设备布放装置3还包括：

和所述无人船主体1的第一法兰盘105连接的第二固定结构305；

安装在所述第二固定结构305上表面的第二法兰盘302；

安装在所述第二法兰盘302上的步进电机303；

以及丝杠304，所述丝杠304下端和所述声学传感器301固定连接，另一端和步进电机303连接。步进电机303中心为螺母结构，丝杠304穿过步进电机303主轴线与螺母形成丝杠螺母连接，步进电机303旋转时其中心的螺母也做旋转运动，从而使丝杠304做直线运动。

声学传感器301需探测时，声学布放装置通过步进电机303顺时针旋转带动丝杠304直线运动，将声学传感器301布放入水，不进行声学探测或运输过程中，声学布放装置通过步进电机303逆时针旋转带动丝杠304直线运动，将声学传感器301回收至中央井104。

参见附图7和附图8，所述信号采集单元5还包括带动所述太阳能电池板相对所述无人船主体1做升降运动的升降连接驱动机构以及设置在所述太阳能电池板上的频闪灯507、无线电508和无线网桥509，无人船通过所述无线电508和无线网桥509和外部通信。

所述升降连接驱动机构包括：

分别和所述无人船主体1上的四个第一固定结构108可拆卸固定连接的四个升降平台安装座501；

对称设置在无人船主体1两侧两组平行四边形机构，每个所述平行四边形机构包括和所述太阳能板511固定连接的连杆c505以及分别和连杆c505两端通过转动销512转动配合的连杆a503和连杆b504，所述连杆a503和连杆b504的另一端分别和位于所述无人船主体1同一侧的两个升降平台安装座501转动配合；

通过电机支撑结构514固定在所述无人船主体1的二层甲板102上的升降驱动电机513；

以及限位转动结构502，所述限位转动结构502穿过连杆a503以及升降平台安装座501的销孔并通过第一联轴器515和所述升降驱动电机513的电机轴连接，所述升降驱动电机513位于无人船主体1内部，电机轴穿过所述无人船主体1的无人船壳体109与限位转动结构502连接，所述限位转动结构502周向分布两个限位块，与连杆a503的两个限位槽配合。

所述太阳能板511中间设置有方槽，所述声学设备布放装置3中的丝杠304通过方槽穿过太阳能板511。所述太阳能板511可为无人船提供能源，增加无人船续航能力，中间的方槽可使升降平台与声学设备布放装置3运动不发生干涉。

摄像头506用于水面图像拍摄，夜间航行时频闪灯507可使无人船位置容易获取，无线电508及无线网桥509用于无人船与母船或岸基通信，gps510用于无人船定位。

参见附图9-附图13，所述矢量推进装置6包括对称设置在所述无人船主体1后端的两个推进器609以及调整两个推进器609推进方向的角度调整单元；所述推进器609和所述无人船主体1转动配合。

所述推进器609相对所述无人船主体1转动配合具体为：所述矢量推进装置6还包括：

和所述无人船主体1固定连接的转接密封结构606；

和所述转接密封结构606固定连接的夹紧块a607和夹紧块b608，所述夹紧块a607和夹紧块b608相对的两个面形成圆孔；

和所述夹紧块a607以及夹紧块b608形成的圆孔通过轴承616转动配合的转轴610；

和转轴610一端通过第三联轴器618连接的第四固定结构617，所述第四固定结构617和所述推进器609固定连接；

以及密封o形圈615，所述密封o形圈615设置在驱动轴601密封槽内。

所述角度调整单元包括：

推进驱动电机613，所述推进驱动电机613设置在所述无人船主体1内部的二层甲板102上；

驱动轴601，所述驱动轴601的一端和所述推进驱动电机613的输出轴通过第二联轴器614连，所述驱动轴601穿过所述无人船主体1的密封盖107，所述驱动轴601和所述密封盖107配合处设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封o形圈615；

曲柄602，所述曲柄602的一端和所述驱动轴601的另一端固定连接；

滑块a603，所述滑块a603固定在所述驱动轴601的另一端；

推杆604，所述推杆604为t型结构，包括沿无人船主体1轴线方向的一部分和垂直无人船主体1轴线的一部分，所述推杆604垂直无人船主体1轴线的一部分设置有滑槽，所述滑块a603和所述滑槽滑动配合；

第三固定结构605，所述第三固定结构605固定在所述无人船主体1的后舱盖106上，所述推杆604沿无人船主体1轴线方向的一部分和所述第三固定结构605滑动配合；

滑块b612，所述滑块b612固定在所述推杆604的端部；

以及摇杆611，两个所述摇杆611关于所述无人船主体1的轴线对称设置，每个摇杆611上开有沿杆长方向的滑槽，所述滑块和两个所述摇杆611上的滑槽滑动配合，两个所述摇杆611的一端分别和对称设置的两个转轴610固定连接。

推进驱动电机613带动曲柄602转动，滑块a603发生转动同时在推杆604滑槽滑动，推杆604沿第三固定结构605做直线运动，推杆604固定结构安装于后舱盖106，推杆604通过滑块与摇杆611连接，其中滑块b612可沿摇杆611滑槽滑动，摇杆611与转轴610固连，推杆604沿第三固定结构605直线运动时可使滑块b612沿摇杆611滑槽滑动，滑块b612沿摇杆611滑槽滑动的同时推动转轴610转动，实现无人船矢量推进。所述转接密封结构606位于无人船水线面之下，密封o形圈615可起到无人船主密封作用，推进器609夹紧块a607及推进器609夹紧块b608通过螺钉与转接密封结构606固连，轴承616固定于推进器609夹紧块a607及推进器609夹紧块b608中间，内壁与转轴610贴合，转轴610转动时轴承616可减小转动摩擦，转轴610轴肩与夹紧块a607及夹紧块b608上表面贴合限制其一个自由度，转轴610通过第三联轴器618与第四固定结构617连接，推进器609与第四固定结构617固连。

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