[发明专利]一种风帆绳索的保护与控制机构

说明书

【技术领域】

本发明属于帆船自主驾驶控制技术领域，特别是涉及一种适用于帆船风帆自动控制系统中，防止风帆绳索跳槽、掉绳、乱缠的保护与控制机构。

【背景技术】

无人自主驾驶帆船是机器人技术和帆船技术交叉发展的最新产物。给无人自主驾驶帆船提供动力的风帆是纤维织成的柔性的“布”，风吹到风帆帆面上产生作用力推动船只运动。风帆因为其柔软性、只能承受张力等特性，都用绳索对其进行控制。通过风帆绳索将牵引力传递到风帆上实现对风帆的控制。当风吹到帆面时，因为风的不同方向、不同强度、帆的不同方向、不同张紧程度等因素，或者由于帆船本身的改变方向等都会对帆产生不同的效果，有可能使得帆面进一步张紧，也有可能使得风帆相对于船只改变偏摆方向，或者有可能使得风帆剧烈抖动。风帆绳索在控制风帆的过程中是一个受到极强外部扰动、状态剧烈变化的动态过程。帆船的水手需要时刻调整风帆绳索去控制风帆，使其达到一个暂时的平衡状态产生推力。

无人自主帆船使用机器代替水手和舵手，实现帆船的自主驾驶。然而机器无法像经验丰富的水手那样老练的控制风帆绳索进而控制风帆。风帆偏转方向的时刻改变、风帆的剧烈抖动、时而过于松弛、时而过于张紧都会直接传递给控制风帆的绳索，使该绳索的传递路径时刻改变、绳索剧烈抖动、过松弛或者过张紧，这样风帆绳索在控制系统中不可避免地面临掉绳、跳槽、乱缠、张紧度不合适。风帆绳索的掉绳、跳槽、乱缠会使得整个系统无法运转，其过张紧或者过松弛会使风帆无法获得最优的动力而降低性能。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题而提供一种可以自动实现驾驶帆船的风帆绳索的保护与控制机构。

为实现上述目的，本发明提供了一种风帆绳索的保护与控制机构，该风帆绳索的保护与控制机构包括：

动力驱动装置，该动力驱动装置位于所述保护与控制机构的前部并固定安装在船体上，用于输出动力，实现风帆绳索的收拢和释放；

张力控制装置，该张力控制装置位于所述保护与控制机构的后部并固定安装在船体上，用于实现对风帆绳索张力的控制；

绳索滑轮装置，该绳索滑轮装置包括定滑轮组及穿过该定滑轮组的风帆绳索，所述风帆绳索一端固定连接所述动力驱动装置，其另一端穿过所述张力控制装置连接于帆船风帆，用于将动力驱动装置输出的动力传递到帆船风帆。

所述动力驱动装置包括机架、驱动轴、驱动卷盘及防护罩，所述机架固定安装在船体上，所述驱动轴垂直穿过所述机架，所述驱动卷盘固定安装在所述驱动轴上，所述驱动卷盘与所述驱动轴在同一轴线上，在所述驱动卷盘圆周方向的外侧设有固定安装在所述机架上的防护罩，在所述防护罩圆周方向上设有开口，风帆绳索一端缠绕在所述驱动卷盘上，其另一端从所述开口伸出。

所述驱动卷盘的右侧平面与所述机架的间距小于风帆绳索的直径，所述驱动卷盘圆周方向的边缘与所述防护罩的间距小于风帆绳索的直径。

所述张力控制装置包括固定组件及在该固定组件上滑动的浮动组件，所述固定组件固定安装在船体上，风帆绳索穿过所述浮动组件。

所述固定组件包括两个机架、滑轨、恒力弹簧组件及两个行程开关，所述两个机架分别固定在船体上，所述滑轨固定连接所述两个机架，所述恒力弹簧组件位于两个机架上并设置在所述滑轨的上侧，所述两个行程开关分别设置在所述滑轨两端，所述恒力弹簧组件与所述浮动组件固定连接。

所述恒力弹簧组件包括大恒力弹簧滚筒、大恒力弹簧、小恒力弹簧滚筒、小恒力弹簧及多个恒力弹簧防跳辊，所述大恒力弹簧滚筒及小恒力弹簧滚筒位于所述滑轨的上侧并分别固定到两个机架的中部，所述大恒力弹簧及小恒力弹簧一端分别套装在所述大恒力弹簧滚筒及小恒力弹簧滚筒上，其另一端分别连接所述浮动组件，所述多个恒力弹簧防跳辊位于所述大恒力弹簧滚筒及小恒力弹簧滚筒的上下两侧并固定安装在所述机架上。

所述浮动组件包括矩形框架、安装在所述矩形框架内上部的滑块及安装在所述矩形框架内下部的滑轮组，所述矩形框架顶部固定连接所述大恒力弹簧及小恒力弹簧，所述滑块在所述滑轨上移动，风帆绳索穿过所述滑轮组，所述矩形框架由多个连接件焊接、铆接或螺纹连接构成。

所述滑轮组包括第一浮动滑轮及第二浮动滑轮，所述第一浮动滑轮及第二浮动滑轮凹槽相对、并列排布，使两个浮动滑轮相对凹槽处的截面呈腰形，风帆绳索从所述凹槽穿过。

所述定滑轮组包括后定滑轮及前定滑轮，所述后定滑轮通过球关节组件固定到船体后部，所述前定滑轮通过支架固定到船体所述动力驱动装置的一侧。