[发明专利]一种半潜式无人艇航向角和深度驱动装置、控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种半潜式无人艇航向角和深度驱动装置、控制系统及控制方法。它包括深度控制机构、航向角和深度控制驱动模块以及航向角控制机构；航向角控制机构包括方向舵直线电机上连接轴和下连接轴以及上方向舵舵叶和下方向舵舵叶；深度控制机构包括升降舵直线电机、安装有升降舵滑块的丝杠滑轨以及左升降舵叶和右升降舵舵叶，航向角和深度控制驱动模块能够对方向舵直线电机和升降舵直线电机进行控制。其优点是：其结构设计巧妙，安装方便，自动化程度高，实现了无人艇航向角和深度控制功能，集成度高，大大降低了传统半潜式无人艇转向或升降机械部件的装配难度，提高了无人艇运动控制的精度和响应度。

技术领域

本发明涉及一种无人船舶控制技术，特别涉及一种半潜式无人艇航向角和深度驱动装置、控制系统及控制方法。

背景技术

海洋资源的开发和利用已成为世界所趋、国家大势；受海洋的自然条件和人类自身的生理条件限制，单凭人力自身或有人驾驶操纵的船舶很难全面利用海洋资源，无人艇作为一种维护成本低，使用效率高的新兴海洋装备，是深化海洋资源开发与国家海洋利益保护中不可或缺的重要装备；无人艇技术关键优势就在于智能自主航行，而自主航行的关键技术就是实现对无人艇的运行控制，包括航向角、航行深度上的精确控制，目前现有的半潜式无人艇在自主航行时航行深度的控制不够稳定，或者深度控制系统装置复杂，成本高昂，安装不便。

通常情况下，目前常规的无人艇航行控制系统中的航向角和深度控制分为两种，一种如中国专利(申请号201310542379.4)公开了一种适用于一种风帆助航船舶航向控制方法及系统的运动控制解决方案，提出了一种根据所述补偿值和舵角的输出值来确定船舶航向的航向控制方法。系统包括风力传感器、风帆帆角控制装置、第一帆角传感器、前馈控制器、漂角传感器、舵角控制器和舵角伺服装置；可以根据风力和风向调整风帆的最佳角度以实现船舶的航向控制。第二种如中国专利(申请号201410412158.X)公开了一种基于手机蓝牙技术的水下机器人控制系统，该装置通过蓝牙装置与水下机器人通讯，浮标与水下机器人通过零浮力缆连接进行数据传输，处理系统主控板通过深度传感器获取到水下机器人实际深度以及姿态控制板获取到的实际姿态来控制螺旋桨的转速及转向，以实现水下悬停、定深等功能。

上述方法中第一种仅涉及一种风帆船舶用转向控制系统的部分方法及方案介绍，该系统需要船舶在硬件结构上具备风力传感器、风帆帆角控制装置、第一帆角传感器、前馈控制器、漂角传感器、舵角控制器等，系统结构复杂，占用空间大，更适用于大型船舶而非半潜式小型无人艇，而且无人航行器在航行时自身体积受水体的温度、盐度、深度影响较大，对控制算法的要求较高，容易使无人航行器发生“触底”现象；上述方法中第二种方法涉及一种基于手机蓝牙技术的水下机器人控制系统，该水下机器人控制系统利用深度传感器和姿态控制板获取水下机器人的实时姿态来控制螺旋桨的转速和转向，以实现水下悬停、定深功能，更多强调通过手机蓝牙技术实现水下机器人的状态监控，对于水下机器人的航向、深度控制无法很好地实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种集成度高、安装方便且能提高无人艇运动控制的精度和响应度的半潜式无人艇航向角和深度驱动装置、控制系统及控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的半潜式无人艇航向角和深度驱动装置，包括安装在无人艇前部位置的深度控制机构、安装在无人艇中部位置的航向角和深度控制驱动模块以及安装在无人艇尾部位置的航向角控制机构；航向角控制机构包括方向舵直线电机、能够由方向舵直线电机驱动同步动作的上连接轴和下连接轴以及安装在上连接轴上的上方向舵舵叶和安装在下连接轴上的下方向舵舵叶；深度控制机构包括升降舵直线电机、安装有升降舵滑块的丝杠滑轨以及位于升降舵直线电机上方的能够同步转动的左升降舵叶和右升降舵舵叶，航向角和深度控制驱动模块能够对方向舵直线电机和升降舵直线电机进行控制。