[發明專利]一種帶有水面自適應減搖裝置的耐波無人船

有效

• 申請號: 201811259074.1
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109367729B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 徐鵬飛;丁延旭;沈雅琳;程文斌;程紅霞;駱佳成
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00;B63B35/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;楊靜

本發明公開了一種帶有水面自適應減搖裝置的耐波無人船，所述無人船為雙體船型，包括上甲板、與上甲板分離設置的浮體以及自適應減搖裝置，所述浮體為無人船提供浮力并設置有推進裝置，所述浮體為左右完全對稱的2個浮體，所述上甲板上設置有傾角傳感器、加速度計與陀螺儀，用于獲得上甲板的轉動角度、角加速度預測和趨勢，并將其實時傳送給控制系統，自適應減搖裝置包括懸掛系統和平衡控制機構，懸掛系統不僅用于連接所述上甲板和浮體；同時通過減震器、活塞桿以及第一萬向鉸的連接結構能夠自由轉動、實現上甲板的平穩。本發明的有益效果為：能夠有效減少無人船航行時的不穩定性和靜止時的搖擺，提高無人船在復雜海況下的航行安全性與作業穩定性。

技術領域

本發明涉及一種帶有水面自適應減搖裝置的耐波無人船，屬于海洋無人系統技術領域。

背景技術

無人船作為一種新型海洋觀測平臺，具有體量小、速度快、吃水淺的優勢，可進入傳統海洋調查船所不能及的特殊水域，在近海環境調查、管線巡檢等領域已有廣泛的應用。無人船在海洋環境航行時，由于受到海上波浪的影響，不可避免地產生搖蕩運動，包括橫搖、縱搖、首搖、橫蕩、縱蕩、垂蕩(或升沉)六個自由度的運動，其中橫搖、縱搖、升沉由于幅值變化大，對船舶影響最大，影響無人船航行安全與正常作業。

傳統船舶減搖裝置有舭龍骨、減搖鰭、減搖水艙等，但由于無人船體量小，較小的波浪就會引起船體的劇烈搖蕩；同時無人船載重有限，無法安裝大型減搖設備，因而上述手段難以滿足無人船減搖需求。目前，針對無人船出現一些減搖裝置，但存在缺陷：專利CN108298031A提出了一種利用Y字形懸架的減搖裝置，可隨波浪發生相應轉動實現減搖，但被動減搖裝置無法做到對船舶姿態的控制，海況惡劣時減搖效果差；專利CN107323613A提出一種無人船探測設備的減搖裝置，利用伸縮桿能夠實現主動減搖，但僅在縱搖方向上有效，同時該裝置載重有限，只適用于單一探測設備，未實現整船減搖。

因此，需要一種針對無人船的具備主動控制和多自由度減搖的減搖方案及無人船。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種帶有水面自適應減搖裝置的耐波無人船，針對現有船舶減搖技術手段無法適用小體量船舶、減搖效果差、應用范圍小的缺陷，采用自適應減搖裝置，結合主動與被動減搖手段，具備主動控制和多自由度減搖能力，可有效減少無人船航行時的不穩定性和靜止時的搖擺，提高無人船在復雜海況下的航行安全性與作業穩定性。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種帶有水面自適應減搖裝置的耐波無人船，所述無人船為雙體船型，包括上甲板、與上甲板分離設置的浮體以及自適應減搖裝置，所述浮體為無人船提供浮力并設置有推進裝置，所述浮體為左右完全對稱的2個浮體，所述上甲板上設置有傾角傳感器、加速度計與陀螺儀，用于獲得上甲板的轉動角度、角加速度預測和趨勢，并將其實時傳送給控制系統，自適應減搖裝置包括懸掛系統和平衡控制機構，所述懸掛系統不僅用于連接所述上甲板和浮體；同時通過減震器、活塞桿以及第一萬向鉸的連接結構能夠自由轉動、實現上甲板的平穩；所述平衡控制機構包括球形旋轉機構、所述控制系統以及用于連接平衡控制機構和浮體的支架，所述球形旋轉機構繞水平旋轉軸旋轉，所述水平旋轉軸的兩端固定在支架上，且水平旋轉軸的一端設置有電機，并配設有編碼器，能夠檢測轉動角度和轉速，在所述控制系統的控制下對球形旋轉機構的轉動角度進行反向調整，所述電機與球形旋轉機構通過減速器連接，所述球形旋轉機構的球面上設置有用于與懸掛系統連接的球鉸；

所述控制系統接收上甲板上傾角傳感器測出的角度θ，以及加速度計與陀螺儀測得的角加速度預測和趨勢，進而判斷無人船的狀態，當轉動角度θ小于給定傾角時時，控制系統判斷無人船基本平穩，不做響應；當θ大于給定傾角時時，系統判斷無人船處于不平穩狀態，需要做出調整，基于PID反饋控制方法，再采用卡爾曼濾波算法對下一時刻傾角進行預測，當前傾角θ加當前角速度ω乘以時間t等于下一時刻傾角，從而控制電機驅動模塊對電機做出反向調整，提前響應，實現主動減搖，減少波浪引起的船體晃動。