[发明专利]一种带有水面自适应减摇装置的耐波无人船

说明书

本发明公开了一种带有水面自适应减摇装置的耐波无人船，所述无人船为双体船型，包括上甲板、与上甲板分离设置的浮体以及自适应减摇装置，所述浮体为无人船提供浮力并设置有推进装置，所述浮体为左右完全对称的2个浮体，所述上甲板上设置有倾角传感器、加速度计与陀螺仪，用于获得上甲板的转动角度、角加速度预测和趋势，并将其实时传送给控制系统，自适应减摇装置包括悬挂系统和平衡控制机构，悬挂系统不仅用于连接所述上甲板和浮体；同时通过减震器、活塞杆以及第一万向铰的连接结构能够自由转动、实现上甲板的平稳。本发明的有益效果为：能够有效减少无人船航行时的不稳定性和静止时的摇摆，提高无人船在复杂海况下的航行安全性与作业稳定性。

技术领域

本发明涉及一种带有水面自适应减摇装置的耐波无人船，属于海洋无人系统技术领域。

背景技术

无人船作为一种新型海洋观测平台，具有体量小、速度快、吃水浅的优势，可进入传统海洋调查船所不能及的特殊水域，在近海环境调查、管线巡检等领域已有广泛的应用。无人船在海洋环境航行时，由于受到海上波浪的影响，不可避免地产生摇荡运动，包括横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡、垂荡(或升沉)六个自由度的运动，其中横摇、纵摇、升沉由于幅值变化大，对船舶影响最大，影响无人船航行安全与正常作业。

传统船舶减摇装置有舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱等，但由于无人船体量小，较小的波浪就会引起船体的剧烈摇荡；同时无人船载重有限，无法安装大型减摇设备，因而上述手段难以满足无人船减摇需求。目前，针对无人船出现一些减摇装置，但存在缺陷：专利CN108298031A提出了一种利用Y字形悬架的减摇装置，可随波浪发生相应转动实现减摇，但被动减摇装置无法做到对船舶姿态的控制，海况恶劣时减摇效果差；专利CN107323613A提出一种无人船探测设备的减摇装置，利用伸缩杆能够实现主动减摇，但仅在纵摇方向上有效，同时该装置载重有限，只适用于单一探测设备，未实现整船减摇。

因此，需要一种针对无人船的具备主动控制和多自由度减摇的减摇方案及无人船。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种带有水面自适应减摇装置的耐波无人船，针对现有船舶减摇技术手段无法适用小体量船舶、减摇效果差、应用范围小的缺陷，采用自适应减摇装置，结合主动与被动减摇手段，具备主动控制和多自由度减摇能力，可有效减少无人船航行时的不稳定性和静止时的摇摆，提高无人船在复杂海况下的航行安全性与作业稳定性。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种带有水面自适应减摇装置的耐波无人船，所述无人船为双体船型，包括上甲板、与上甲板分离设置的浮体以及自适应减摇装置，所述浮体为无人船提供浮力并设置有推进装置，所述浮体为左右完全对称的2个浮体，所述上甲板上设置有倾角传感器、加速度计与陀螺仪，用于获得上甲板的转动角度、角加速度预测和趋势，并将其实时传送给控制系统，自适应减摇装置包括悬挂系统和平衡控制机构，所述悬挂系统不仅用于连接所述上甲板和浮体；同时通过减震器、活塞杆以及第一万向铰的连接结构能够自由转动、实现上甲板的平稳；所述平衡控制机构包括球形旋转机构、所述控制系统以及用于连接平衡控制机构和浮体的支架，所述球形旋转机构绕水平旋转轴旋转，所述水平旋转轴的两端固定在支架上，且水平旋转轴的一端设置有电机，并配设有编码器，能够检测转动角度和转速，在所述控制系统的控制下对球形旋转机构的转动角度进行反向调整，所述电机与球形旋转机构通过减速器连接，所述球形旋转机构的球面上设置有用于与悬挂系统连接的球铰；

所述控制系统接收上甲板上倾角传感器测出的角度θ，以及加速度计与陀螺仪测得的角加速度预测和趋势，进而判断无人船的状态，当转动角度θ小于给定倾角时时，控制系统判断无人船基本平稳，不做响应；当θ大于给定倾角时时，系统判断无人船处于不平稳状态，需要做出调整，基于PID反馈控制方法，再采用卡尔曼滤波算法对下一时刻倾角进行预测，当前倾角θ加当前角速度ω乘以时间t等于下一时刻倾角，从而控制电机驱动模块对电机做出反向调整，提前响应，实现主动减摇，减少波浪引起的船体晃动。