[发明专利]一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制装置

说明书

本发明公开了一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制装置。该作业船由船体、侧桨、推进器、转向机构和监控系统构成。其中侧桨和推进器均具有调向功能，提供多方向的推力，同时推进速度可调节；监控系统包括船上控制系统和岸上监控系统；船上控制系统用于控制推进器和侧桨，监测作业船运动时的状态并将信息实时返回岸上监控系统；岸上监控系统用于接收船上控制系统反馈的作业船运动信息并能够根据需要发送相关的控制命令，辅助作业船的运动；本发明提出的作业船在线自动控制装置，实现了作业船在多种运动方式下的高效航行，增强了作业船运动控制的灵活性，可有效抵抗风和水流对作业船的影响，在风浪的干扰下使作业船于目标点处保持稳定。

技术领域

本发明属于湖泊环境监测领域，具体涉及到一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制装置。

背景技术

作业船在湖泊、水库等地的水环境监测与采样活动中发挥着重要的作用。随着在线水环境监测等技术的发展以及原位样品采集等要求的提出，对作业船的相关运动控制要求也不断提高。使用作业船在水面开展作业能够提高水环境监测与采样的效率，从而获取真实有效的信息。

当前一般的水环境监测与采样活动方式是工作人员驾驶普通作业船只，驶向事先确定好的目标点处，利用水质监测设备在线测量目标点处的水质参数，同时使用采样工具采集水体等样本。这种方式在实际工作中往往费时费力且准确性不高。由于目标点的确定只是根据人工目测大致圈定的一个范围，有时会与真实目标点存在很大的偏差；而且作业船只容易受到风浪的影响，在作业过程中常会偏离目标点较远的地方，工作人员只好重新将作业船只调整回预设的目标点处继续开展未完的监测与采样活动。这样的水面作业活动与原位水质监测、真实样品采集的要求明显不符。随着技术的不断进步，复杂条件和复杂形态的船体自动控制成为可能。例如专利申请号201510760176.1公布的一种水域多功能监测无人船，通过无人控制技术，其无人船集环境监测、水质监测、水质采样等于一体，提高作业船的效率；专利申请号201420260031.6公布的无线控制导航的船用推进器，其使用一个主动力马达和一个转向马达作为推进器系统控制船的运动，这和通常的主推进器加舵机系统类似；专利申请号201510363887.5公布的动态定位系统和方法，根据天气信息(如风、高流速或大浪)调节船舶的航向，实现船舶运行功率的最小化。这些专利虽然在作业船的多功能监测、定位导航、运行功率最小化上提高了不少，但是它们大多采用传统动力系统，运动控制不够精细灵活，尤其是在风浪环境的干扰下，不能很好地实现作业船的高效航行和船体稳定，这样也对湖库环境下的水质原位监测与真实样品采集带来不便。

综上所述，现有的作业船在水面的运动方式不够精细灵活，尤其在风浪扰动下更难以为定点持续水上作业提供稳定的环境。需要设计出运动灵活且能够在风浪扰动下实现在水面定点持续稳定的在线自动控制装置，提高作业船只的工作效率。

本发明研究在国家自然科学基金委科学仪器基础研究专项项目(51327004)资助下完成。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制装置。该作业船及其控制装置适用于河流、湖泊、水库等地的采样活动，尤其适用于定点长时间持续采样活动，具有运动控制灵活，在风浪环境的干扰下能够高效航行和保持船体稳定的特点，同时也具有避障、在线自动定位等功能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种湖库作业船对偶变向侧桨在线自动控制装置，所述作业船主要包括船体、侧桨、推进器、转向机构和监控系统。船体是作业船的基础；侧桨共有两个，即左侧桨和右侧桨，它们提供改变作业船运动方向的动力，被对偶安装在作业船的左右两侧船身上，构成一对对偶侧桨；推进器安装在作业船尾处，是作业船的主推进器，用于提供作业船前进运动方向上的动力；转向机构用于改变推进器和侧桨的推进方向；监控系统用于监测作业船的运行状态，控制作业船的运动。