一种无人船体之间的自动对接装置的控制方法

摘要

本发明披露了一种无人船体之间的自动对接装置的控制方法，主要为对接装置的控制方法流程。自动对接装置的结构主要包括自动对接装置、安装机构。自动对接装置分为公头装置和母头装置，设计为漏斗状结构，对接面积大，对接定向且稳定。安装机构主要包括连接锥体和旋转球，所述公头和母头对接装置分别固定在旋转球的两个方向上，一同焊接在锥体上，锥体水平焊接固定在无人船体的四周。该对接装置的控制方法能够实现岸端对无人船端的远程控制，无人船端的控制中心将对接指令传送至对接装置，对接装置接收到对接指令后，按照对接控制流程实现自动对接。

权利要求

1.一种无人船体之间的自动对接装置的控制方法，包括无人船及自动对接装置的控制结构、对接过程的控制方法流程；

所述无人船体之间的自动对接装置，包括公头装置、母头装置、旋转装置和与船体连接装置；

所述公头装置采用圆筒状结构，其头部安装有“十字”对接架，对接架中包含有公头红外检测装置，尾部与旋转装置通过焊接固定；所述母头装置采用漏斗状结构，漏斗状结构尾部安装有一个圆柱底盘，底盘上有“十字”凹槽，凹槽内包含母头红外检测装置，母头红外检测装置又包含横向和纵向红外检测装置，圆柱底盘与旋转装置通过焊接固定；所述公头红外检测装置与母头红外检测装置用来检测公头装置和母头装置之间是否对准，母头装置中的横向检测装置用来检测公头装置是否完全伸入母头装置中，当横向红外被完全挡住时表示公头装置完全伸入；所述旋转装置为球形结构，在球体同一截面的两个相互垂直的方向分别焊接有公头装置和母头装置，公头装置和母头装置之间的旋转替换由球体内部的角度编码器来完成；所述与船体连接装置为锥体结构，锥体结构通过焊接固定在船体四周，顶部通过轴承和螺母与旋转球相连；

所述自动对接装置的具体对接步骤如下：步骤1，岸端与无人船端通过无线网络实现通讯，无人船端接收到岸端发送给控制中心的对接指令，对接船开始执行对接任务；

步骤2，通过GPS定位系统、视觉检测系统寻找被对接船的位置；

步骤3，确定被对接船的位置后，将该位置作为目标进行目标跟踪，对接船跟踪并驶向该目标，接近后利用视觉检测装置根据形状特征检测被对接船的自动对接装置是公头装置或母头装置；

步骤4，假设对接船为母头装置，若被对接船为母头装置，则对接船旋转对接头，旋转为公头装置，若检测为公头装置，则进行对接；

步骤5，通过红外激光和视觉检测方法对准公头装置和母头装置；

步骤6，若没有对齐，继续进行对准，若对齐则进行对接；

步骤7，公头装置伸入母头装置中，通过母头装置中的红外检测装置判断是否对接完成，若红外激光被公头装置完全挡住，则旋转母头装置的圆形底盘实现锁闭，完成对接；否则继续伸入对接，重复上述判断和操作，直至锁闭完成对接。

说明书

一种无人船体之间的自动对接装置的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及自动对接装置的控制方法，更具体地，涉及无人船体之间的自动对接装置的控制方法。

背景技术

[0002] 无人船在船舶业的应用越来越广泛，因此无人船的结构设计、控制系统设计等也逐渐成为热门研究话题。其中，无人船的对接与回收装置一直是该领域的研究热点，特别是
无人船与一个基站或另一艘船甚至多艘船的对接与锁定系统，然而研究成果相对有限，面
临的挑战主要有风浪流的扰动以及船体自身的结构、运动、振动和倾斜等。

[0003] 传统对接装置大多采用运动的船体去寻找静止的船体或基站进行对接，对接效率低，耗费时间长，或者有很多人工对接，但是需要在船体上加上人工操作的配置，使得船体
更加复杂。因此，需要一种可自主对接，并且支持动态对接的装置的出现。

发明内容

[0004] 有鉴于此，针对上述传统对接装置的不足以及无人船的对接需求，本发明设计了一种无人船体之间的自动对接装置及其控制方法，为无人船体之间以及无人船与基站的对
接装置的控制研究提供了新的思路和途径。

[0005] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，岸端对无人船端进行远程控制，无人船的控制中心将控制指令传送至对接装置，对接装置根据对接流程进行自动对接。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种无人船体之间的自动对接装置及其控制方法，包括对接装置的结构、对接装置的控制方法流程。

[0007] 所述无人船体之间的自动对接装置，包括公头装置、母头装置、旋转装置和与船体连接装置；

[0008] 所述公头装置采用圆筒状结构，其头部安装有“十字”对接架，对接架中包含有红外检测装置，尾部与旋转装置通过焊接固定；所述母头装置采用漏斗状结构，漏斗状结构尾
部安装有一个圆柱底盘，底盘上有“十字”凹槽，凹槽内包含有横向和纵向红外检测装置，圆
柱底盘与旋转装置通过焊接固定；所述公头红外检测装置与母头纵向红外检测装置用来检
测两个装置是否对准，母头中的横向检测装置用来检测公头装置是否完全伸入母头装置
中，当横向红外被完全挡住时表示公头完全伸入；所述旋转装置为球形结构，在球体同一截
面的两个相互垂直的方向分别焊接有公头装置和母头装置，两个装置之间的旋转替换由球
体内部的角度编码器来完成；所述与船体连接装置为锥体结构，此结构通过焊接固定在船
体四周，顶部通过轴承和螺母等与旋转球相连。

[0009] 所述岸端包括监控指挥中心、用户。

[0010] 所述无人船端包括控制中心、供电模块、导航模块、检测模块以及对接模块等。

[0011] 所述岸端与无人船端之间通过无线网络通信，岸端向无人船端的控制中心发送控制指令，控制中心再分配到对接模块，对接模块执行对接指令并将对接过程的信息实时反
馈到岸端。

[0012] 所述检测装置检测船体的位置信息、对接装置信息，并检测对接过程信息。

[0013] 本发明中，该自动对接系统的控制方法仅通过是否进行对接、是否对准、是否完全伸入等指令完成整个对接过程，执行过程简单，无需人工操作，满足船体之间的对接要求，
解决了传统的人工对接方式存在的安全隐患问题。

[0014] 基于上述技术方案，本发明的优点是：本发明提出的一种无人船体之间的自动对接装置的控制方法，通过此控制方法控制对接装置，能够实现多艘无人船或无人船与岸边
基站之间的自动对接，以完成多模块化无人船的集群作业或者进行岸基充电、数据交互，提
高船体的利用率，提高了工作效率。对接装置仅需通过接收到控制中心的对接指令进行对
接操作，并通过检测模块等进行对接的校正，最终完成对接作业，整个过程仅通过指令完
成，无需人工，解决了对接过程中人工对接存在的安全隐患等问题，并且利用检测装置使对
接过程更加快速、精准。最终，对接过程的对准和完成均通过红外检测装置检测，结构简单，
操作便利，简化了对接的工作过程。

附图说明

[0015] 图1为本发明对接装置的整体结构示意图；

[0016] 图2为控制方法的上下位机控制示意图；

[0017] 图3为自动对接装置的控制流程图。

具体实施方式

[0018] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 所述无人船体之间的自动对接装置，如图1所示，包括自动连接装置和与船体连接装置。本设计主要采用漏斗状对接结构，分为公头装置1和母头装置2，由于两艘对接的船只
状态无法确定，因此，在此结构上增加了一个旋转球4，此装置在两个不同方向分别安装了
公头和母头对接装置，根据被对接单元的需要，旋转机构旋转到公头或母头装置。由此，就
可以根据船只需要，将单元组合成不同的船体，形成集群作业形式。与船体连接装置包括一
个连接锥体5和旋转球4，连接锥体5可水平安装在船体四周，也可垂直安装在船体甲板上。

[0020] 公头装置1采用圆筒状，在装置顶部安装有“十字”对接架3，一同安装在船体的旋转装置上，用于对接时伸进母头的对接凹槽内。

[0021] 母头装置2设计为漏斗状，加大了对接的面积，使定向对接更加稳定。在装置底部安装有“十字”对接凹槽6，一同安装在船体的旋转装置上。凹槽6内分别设有横向和纵向激
光束，在我们的例子中，纵向激光束用来对准对接的位置和方向，横向激光束用来检验“十
字”对接架6是否伸入凹槽内。因此，当激光被“十字”架完全挡住时，通过旋转装置的圆形底
盘，捕获“十字”架，完成对接。

[0022] 本发明为上述一种无人船体之间的自动对接装置提供了控制方法。如图2所示，为控制方法的上下位机控制示意图，上位机为岸端指挥控制中心，下位机为无人船端，二者之
间通过无线网络实现通讯。如图3所示为对接装置的控制方法流程，能够让无人船体之间按
照控制方法流程实现自动对接。具体对接步骤如下：

[0023] 步骤1，岸端与无人船端通过无线网络实现通讯，无人船端接收到岸端发送给控制中心的对接指令，对接船开始执行对接任务；

[0024] 步骤2，通过GPS定位系统、视觉检测系统寻找被对接船的位置；

[0025] 步骤3，确定被对接船的位置后，将该位置作为目标进行目标跟踪，对接船跟踪并驶向该目标，接近后利用视觉检测装置根据形状特征检测被对接船的对接装置是公头装置
1或母头装置2；

[0026] 步骤4，假设对接船为母头装置2，若被对接船为母头装置2，则对接船旋转对接头，旋转为公头装置1，若检测为公头装置1，则进行对接；

[0027] 步骤5，通过红外激光和视觉检测方法对准两个对接装置；

[0028] 步骤6，若没有对齐，继续进行对准，若对齐则进行对接；

[0029] 步骤7，公头装置1伸入母头装置2中，通过母头装置2中的红外检测装置判断是否对接完成，若红外激光被公头装置1完全挡住，则旋转母头装置2的圆形底盘实现锁闭，完成
对接；否则继续伸入对接，重复上述判断和操作，直至锁闭完成对接。

[0030] 综上所述，本发明提供了一种无人船体之间的自动对接装置的控制方法。区别于传统对接装置的控制方法，此自动对接装置的控制方法依据岸端中心发出的对接指令开始
执行对接任务，并通过船体的检测装置包括视觉检测、GPS检测和红外检测等，完成对接过
程，无需人工，解决了对接过程中人工对接存在的安全隐患等问题，并且利用检测装置使对
接过程更加快速、精准。

[0031] 本领域普通技术人员可以理解：附图只是便于读者理解，附图中的模块或流程不一定是实施本发明所必须的。

[0032] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的
多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。