一种人工操控与自动导航两用船.pdf

本发明涉及一种人工操控与自动导航两用船。由下述结构构成：导航控制计算机，在自动导航状态时接收控制信号并根据位置航向传感器的方向信号对电动伺服机构发送控制信号，发送船只航行数据到数据传输系统并对地面工作站回传的数据进行处理与执行；位置航向传感器，对探测船只的位置方向并将位置方向信号传送到导航控制计算机；数据传输系统，在船只处于自动行驶时将船只各项状态数据传输到地面工作站，同时接收地面工作站发送到导航计算机的命令数据；电动伺服机构，接收导航控制计算机的控制信号，并根据控制信号对动力系统进行调整；动力系统，根据电动伺服机构的控制进行调整，使船只进行正常航行。

1、  一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于由下述结构构成：导航控制计算机，在自动导航状态时接收控制信号并根据位置航向传感器的方向信号对电动伺服机构发送控制信号，发送船只航行数据到数据传输系统并对地面工作站回传的数据进行处理与执行；位置航向传感器，对探测船只的位置方向并将位置方向信号传送到导航控制计算机；数据传输系统，在船只处于自动行使时将船只各项状态数据传输到地面工作站，同时接收地面工作站发送到导航计算机的命令数据；电动伺服机构，接收导航控制计算机的控制信号，并根据控制信号对动力系统进行调整；动力系统，根据电动伺服机构的控制进行调整，使船只进行正常航行；人工操控系统，在人工操作状态时对电动伺服机构进行控制。

2、  根据权利要求1所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于还包括下述结构：模式转换开关，对是人工操控模式还是自动控制模式进行转换，并将接收的人工操控系统或导航控制计算机的控制信号传送到电动伺服机构。

3、  根据权利要求2所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的人工操控系统与模式转换开关之间设有信号转换电路。

4、  根据权利要求1所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的导航控制计算机控制模式有通过遥控接收机接收地面遥控信号进行遥控控制或按照预先设订的航线由导航控制计算机进行自动控制，同时可通过数据传输系统实时更改航线。

5、  根据权利要求4所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的遥控接收机将接收到的遥控信号传送到导航控制计算机。

6、  根据权利要求1所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的动力系统包括下述结构：与电动伺服机构连接的调速器；与调速器连接的电机，电机上设有传动轴，在传动轴上设有螺旋桨。

7、  根据权利要求4所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的位置航向传感器与导航控制计算机的接口为RS232，位置航向传感器设在船体的前部。

8、  根据权利要求4所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的导航控制计算机内储存预先编制的航线信息，包括航迹、航速。

9、  根据权利要求8所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的导航控制计算机通过减震结构与船体相连。

10、  根据权利要求3所述的一种人工操控与自动导航两用船，其特征在于所述的信号转换电路在人工操控模式时人工操纵手柄的位置由位置传感器感知并转换为PWM信号以驱动电动伺服机构。

一种人工操控与自动导航两用船
技术领域
本发明涉及一种两用船，特别是人工操控与无人操控水面的一种人工与自动导航两用船。
背景技术
在以往的船只设计当中，只安装手动操控系统或自动导航系统，单纯由人工操控的船只，由于其对操作人员的依赖，在用途方面存在局限性，如无法进入危险区域，夜间作业危险性大等；单纯由自动导航系统控制的船只虽然能够弥补人工操控船只的缺点，却存在稳定性差，可靠性低，工作时间短，受能源供给限制等问题。而在由自动导航控制的无人船上安装人工操控系统，则可以相互弥补两种模式各自的缺点，根据不同的任务选择合适的操作模式控制船只。
发明内容
为解决上述技术问题本发明提供一种人工操控与自动导航两用船，目的是同时具备人工操控与自动导航的功能，可以以人工操作方式或自动导航控制方式抵达水面指定位置，大大减少操作风险，降低操作人员工作强度。
为达上述目的本发明是这样实现的：一种人工操控与自动导航两用船，由下述结构构成：导航控制计算机，在自动导航状态时接收控制信号并根据位置航向传感器的方向信号对电动伺服机构发送控制信号，发送船只航行数据到数据传输系统并对地面工作站回传的数据进行处理与执行；位置航向传感器，对探测船只的位置方向并将位置方向信号传送到导航控制计算机；数据传输系统，在船只处于自动行使时将船只各项状态数据传输到地面工作站，同时接收地面工作站发送到导航计算机的命令数据；电动伺服机构，接收导航控制计算机的控制信号，并根据控制信号对动力系统进行调整；动力系统，根据电动伺服机构的控制进行调整，使船只进行正常航行；人工操控系统，在人工操作状态时对电动伺服机构进行控制。
一种人工操控与自动导航两用船，还包括下述结构：模式转换开关，对是人工操控模式还是自动控制模式进行转换，并将接收的人工操控系统或导航控制计算机的控制信号传送到电动伺服机构。
所述的人工操控系统与模式转换开关之间设有信号转换电路。
所述的导航控制计算机控制模式有通过遥控接收机接收地面遥控信号进行遥控控制或按照预先设订的航线由导航控制计算机进行自动控制，同时可通过数据传输系统实时更改航线。
所述的遥控接收机将接收到的遥控信号传送到导航控制计算机。
所述的动力系统包括下述结构：与电动伺服机构连接的调速器；与调速器连接的电机，电机上设有传动轴，在传动轴上设有螺旋桨。
所述的位置航向传感器与导航控制计算机的接口为RS232，位置航向传感器设在船体的前部。
所述的导航控制计算机内储存预先编制的航线信息，包括航迹、航速。
所述的导航控制计算机通过减震结构与船体相连。
所述的信号转换电路在人工操控模式时人工操纵手柄的位置由位置传感器感知并转换为PWM信号以驱动电动伺服机构。
所述的数据传输系统与导航控制计算机的接口为RS232。
所述的导航控制计算机自动发出TTL控制信号，用于各设备的通断控制。
本发明的优点效果：本发明使两种控制模式集成于同一船体之上，在工作中两种控制模式可以相互弥补各自缺点，相比于单一控制模式的船只，工作范围更大，工作效率及便捷性等都更具有优势，工作效果更好。这种人工操控与自动导航两用船可广泛应用于被污染水体或危险水体的样品采集、恶劣气象条件下的人员搜救等工作，大大减少操作风险，降低操作人员工作强度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的结构框图。
图中1、位置航向传感器；2、船体；3、电源系统；4、导航控制计算机；5、调速器；6、电机；7、传动轴；8、螺旋桨；9、人工操控系统；10、模式转换开关；11、电动伺服机构；12、遥控接收机；13、数据传输系统；14、信号转换电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构作进一步说明。
如图所示本发明一种人工操控与自动导航两用船，由下述结构构成：导航控制计算机4，在自动导航状态时接收的控制信号并根据位置航向传感器1的方向信号对电动伺服机构11发送控制信号，同时发送船只航行数据到数据传输系统并执行地面工作站发送的命令，导航控制计算机4内储存预先编制的航线信息，包括航迹、航速，导航控制计算机4通过减震结构与船体2相连，导航控制计算机4自动发出TTL控制信号，用于各设备的通断控制；位置航向传感器1，探测船只的位置方向并将位置方向信号传送到导航控制计算机4，位置航向传感器1与导航控制计算机4的接口为RS232，位置航向传感器1设在船体2的前部；在导航计算机控制状态下船只的航行控制存在两种模式：一种为遥控控制，即地面操作人员控制遥控器发出行使指令，船上遥控接收机12将接收到的遥控信号传送到导航控制计算机4，由导航控制计算机4发出航行命令，另一种是自动控制模式，即导航计算机4按照预先设订输入的航线控制船只自动航行，同时导航计算机4也可接收由地面站通过数据传输系统13发送的控制指令，实现对船只自动航行航线的更改。地面发出遥控/自控切换指令后，可在遥控、自动控制两种控制模式间进行切换；数据传输系统13，在船只处于自动行使时负责将船只各项状态数据传输到地面工作站，同时接收地面工作站发送到导航计算机4的命令数据，数据传输系统与导航控制计算机的接口为RS232；电动伺服机构11，接收导航控制计算机4的控制信号，并根据控制信号对动力系统进行调整；动力系统，根据电动伺服机构11的控制进行调整，使船只进行正常航行，动力系统包括与电动伺服机构11连接的调速器5；与调速器5连接的电机6，电机6上设有传动轴7，在传动轴7上设有螺旋桨8；人工操控系统9，在人工操作状态时对电动伺服机构11进行控制；模式转换开关10，对是人工操控模式还是自动控制模式进行转换，并将接收的人工操控系统9或导航控制计算机4的控制信号传送到电动伺服机构11；人工操控系统9与模式转换开关10之间设有信号转换电路14，信号转换电路14负责在人工操控模式时人工操纵手柄的位置由位置传感器感知并转换为PWM信号以驱动电动伺服机构11，由电动伺服机构11调节调速器5，控制电动机6转速；电源系统导线与船上用电设备连接，为船只提供航行与工作需要的电能。
本发明的工作原理：船体上的连接部件都安装了密封橡胶圈，船底配重压仓铁块，使船在航行中保持平衡，在被风浪或海浪打翻的情况下，也能自动翻回正位，船总长3.8m，重量500kg。导航控制计算机通过控制电动伺服机构调节调速器改变电机的转速，电机带动螺旋桨旋转，螺旋桨将电机的扭矩转换为向前的推力，来实现对无人船的航向及航速的控制。地面遥控器发出遥控、自控切换指令后，可在有人遥控与自动导航控制间进行切换，同时电动伺服机构再与人工操控系统连接，实现人工控制动力系统调节电机转速，操控船只航行。船体转向以调节两电机转速来实现。通过装载在船上的模式转换开关可选择人工操控系统或自动控制系统控制动力系统。船只处于自动操控时，船只将按照设定的航线自动航行，在需要人工操作时，可通过船上的操作模式转换开关，选择人工操控系统进行操作，此时自动控制系统停止工作，依靠船上工作人员操控船只，直接控制舵机调节动力系统进行航行与作业。同样，当船只的控制需要由人工操控模式改变为自动控制模式时，将船上的操作模式转换开关调至自动操控状态下即可实现自动导航控制船只作业。