一種風光互補水面機器人的制作方法
【專利說明】一種風光互補水面機器人
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于可再生能源應用和機器人領域，尤其涉及一種風光互補水面機器人。
[0003]
【背景技術】
[0004]海洋是全球生命支持系統的基本組成部分，是資源的寶庫，隨著世界經濟的高速發展，海洋已經成為當今國際社會共同關注的熱點，世界各國對海洋越來越重視。海洋運輸、海洋油氣開采、海洋軍事、海洋環境保護、海洋科研考察等等都是擺在國家面前的重要研究課題，傳統的各種海洋科研觀測常用觀測站和錨定浮標法定點人為觀測，只能觀測有限的水域面積海況和水質，而且跟蹤浮標和漂流浮標測量較為單一，在惡劣氣候條件下難以進行。另外人工考察觀測工作量大，存在相當一部分工作人員違規簡化操作的情況，而這種情況又難以被有效監督，這也是近年來各種大型海水污染事故頻發的重要原因之一。
[0005]還有部分地區使用大型船，這類船只雖然功能全面，但價格昂貴，需要大量的專業人才操作及維護。另外這類船只一般都使用燃油動力，其本身對水質有一定的污染。并且大船開動時對水面攪動很大，影響觀測水樣的真實性。
[0006]在申請號為201120075759.8的中國實用新型專利中，僅使用鋰電池供電，其工作環境受到制約，而且無法固定在水面某一個區域。公開號為CN204154337U的中國實用新型專利屬于單船體，同樣是僅使用太陽能供電，遇到陰雨天就不能長時間連續作業了。因此，開發一種同時利用風能和太陽能兩種能源的，并且能夠自主導航的水面機器人已成為一種必要，而且具有良好的市場前景。
[0007]
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠實現全天候、高可靠性、能夠自主到達設置地點、自動化作業、成本低，可以用于環境污染治理、水質檢測、安全救援、科學研究考察等領域的，依靠風力發電、太陽能發電和鋰電池蓄電的風光互補水面機器人。
[0009]本發明所采用的技術方案是:
一種風光互補水面機器人，包括電動船，所述電動船的上表面平鋪有用于收集太陽能并將其轉化為電能的太陽能電池板，所述電動船的兩外側各固設一個用于驅動電動船行駛的螺旋槳；所述電動船中間固設有半環形支撐架，所述半環形支撐架上懸掛有風力發電機；所述太陽能電池板與風力發電機的輸出端通過風光互補控制器與鋰電池連接對其充電，所述鋰電池的輸出端通過多路開關電源與螺旋槳連接進行供電；所述電動船上設有檢測避障裝置和錨定裝置，電動船的內部設有自主導航控制系統和用于檢測水質的水質檢測儀。
[0010]進一步方案，所述電動船是由兩個船形艙體和連接兩個船形艙體的連接艙體組成，所述半環形支撐架的兩底端固定在兩個船形艙體上。
[0011]進一步方案，所述檢測避障裝置包括用于避障礙物的激光雷達、視頻攝像機、聲光報警器和水下聲納；所述激光雷達、視頻攝像機、聲光報警器和水下聲納的輸出端均與電動船上的中央控制器進行電連接，所述中央控制器的輸出端分別與螺旋槳、錨定裝置電連接。
[0012]進一步方案，所述自主導航控制系統包括固設于半環形支撐架頂端的傳輸天線，所述傳輸天線包括GPS傳輸天線和GPRS傳輸天線，所述GPS傳輸天線的輸出端通過GPS衛星定位傳感器與電動船上的中央控制器連接；所述GPRS傳輸天線的輸出端通過GPRS無線數傳模塊與中央控制器連接；所述中央控制器的輸入端與電子羅盤連接，用于對電動船的行駛方向進行識別。
[0013]本發明中的中央控制器、電子羅盤、錨定裝置均是電動船自帶已知設備，其結構與工作原理是已知。錨定裝置包括船錨、船錨絞車、絞車電機、減速器，電機轉動時通過減速器驅動船錨絞車轉動，實現所述船錨的起降。
[0014]風力發電機也是現有已知產品，是將風能轉換為機械功，機械功再帶動轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。其由葉片、機頭、轉體、尾翼組成，葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能。
[0015]激光雷達是以激光為工作光束的雷達，是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。它是由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送給中央控制器來驅動船體避開障礙物。
[0016]視頻攝像機采集視頻并通過中央控制器對視頻圖像進行處理，將采集到的自動識別水面障礙物并控制所述驅動裝置完成避障，并將結果上傳到數據庫。有障礙時聲光報警器工作，進行遠程報警。
[0017]水下聲納即聲納探測儀是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的探測設備。
[0018]GPS傳輸天線將衛星信號通過GPS衛星定位傳感器傳輸給中央控制器，確定當前電動船的位置坐標；同時GPRS傳輸天線接收人工遠程控制指令，并將控制指令通過GPRS無線數傳模塊傳輸給中央控制器，確定其航行的目的地；再通過電子羅盤確定出電動船的當前方向傳輸給中央控制器。中央控制器分別獲取GPS經瑋度坐標信號、控制指令信號和電子羅盤指示的電動船當前行駛方向信號，通過處理運算，即可根據預先巡航規劃設定的路線，實時驅動電動船進行自主巡航并到達考察探測目的地。
[0019]本發明中的水面機器人的供電電源是通過風力發電機和太陽能電池板收集風能和太陽能并通過風光互補控制器將其轉化為電能，儲存在鋰電池中，鋰電池輸出的電源經多路開關電源的轉換、降壓等功能后再分別按需提供給螺旋槳、GPS衛星定位傳感器、中央控制器、電子羅盤、激光雷達、視頻攝像機等工作元器件做工作電源，用來驅動并控制水面機器人行駛。
[0020]本發明的有益效果是:
1、本發明采用風能和光能互補，為所述風光互補水面機器人提供能量，使得所述風光互補水面機器人能夠不受陰雨天氣影響，全天候工作，提高科學研究與考察的效率。
[0021]2、本發明通過避障檢測裝置能夠實現自動避障，通過自主導航控制系統實現自主導航，并可可以移動監測，也可以錨定在某一片水域，實現定點觀測，遠程監管，從而保證了工作人員的人身安全，也減少了人員的投入，降低了人工成本。
[0022]
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的結構示意圖。
[0024]圖2是本發明的俯視剖視示意圖。
[0025]圖3是本發明的電路原理框圖。
[0026]圖中:1-風力發電機，2-太陽能電池板，3-電動船，3-1船形艙體、3_2連接艙體，
4-半環形支撐架，5-避障檢測裝置，5-1激光雷達，5-2視頻攝像機，5-3聲光報警器，5-4水下聲納，6-傳輸天線，6-1