一种可无线充电的无人船补给船坞及其补给方法

技术领域

本发明涉及无人船技术领域，特别涉及一种可无线充电的无人船补给船坞及其补给方法。

背景技术

智能化是船舶发展的趋势，无人船具有效率高、投资少、应用灵活等优点，使其在水质监测、水域测绘、安防巡逻等诸多领域具备广阔的应用前景。现阶段电动水产养殖无人船大量普及，现有的无人船大多采用电池供电，其续航能力有限，因此存在充电、补给鱼料困难的问题，通常需要人工收放和能源补给，耗费大量人力和物力，在大风大浪时没有固定停放点，无人船容易漂离补给点，不方便维护。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供一种可无线充电的无人船补给船坞及其补给方法，解决了电动无人船充电、物料补给、避风停靠的问题，实现作业全程自动化，无需人工进行充电和搬运，便于维护。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种可无线充电的无人船补给船坞，包括船坞本体，所述船坞本体的入口处设有船坞拦门和引导装置，与所述船坞拦门相对的所述船坞本体一侧设有压力感应墙，靠近所述压力感应墙的所述船坞本体外侧设有物料补给传送带，所述物料补给传送带的出料口位于所述船坞本体内，所述船坞本体内设有无线充电发射装置、伺服滑移装置以及船坞伸缩板，所述船坞伸缩板成对设置，两个所述船坞伸缩板相对的板面均设有压力传感器，两个所述船坞伸缩板均与所述船坞本体的纵向中心线平行设置，两个所述船坞伸缩板可以相互靠近或远离；

所述引导装置，用于引导无人船进入所述船坞本体内部；

所述物料补给传送带，用于对所述无人船进行物料补给；

所述无线充电发射装置，用于与所述无人船连接并对所述无人船进行充电；

所述伺服滑移装置，与所述无线充电发射装置连接，用于驱动所述无线充电发射装置移动以使所述无线充电发射装置与所述无人船连接；

所述船坞伸缩板，用于将所述无人船限制在所述船坞本体内。

进一步地，所述无线充电发射装置包括无线充电上盖，所述无线充电上盖的中间设有无线充电发射盘，所述无线充电发射盘内封装有发射线圈盘，所述无人船上设有与所述无线充电上盖相配合的底座，所述底座上设有无线充电接收底盘，所述无线充电接收底盘与所述无线充电发射盘相匹配，所述无线充电接收底盘内封装有接收线圈盘，所述无线充电发射盘底部的正中间设有摄像头和高亮灯，所述无线充电发射盘底部的边缘设有喷气口，所述无线充电接收底盘上设有二维码图像，所述无线充电上盖的边缘以间距递减方式设有若干个磁力识别传感器，所述底座的边缘以间距递减方式设有若干个磁体，所述磁体与所述磁力识别传感器一一对应。

进一步地，所述无线充电发射盘和所述无线充电接收底盘均为圆形凸起平台，所述无线充电上盖上设有矩形小凸起，所述矩形小凸起设有两个且分别位于所述无线充电发射盘直径的两端，两个所述矩形小凸起之间的连线与所述船坞本体的纵向中心线平行，所述底座上设有与所述矩形小凸起相匹配的小凸台，两个所述小凸台分别位于所述无线充电接收底盘直径的两端。

进一步地，所述无线充电发射盘与所述无线充电接收底盘面接触后，所述无线充电上盖的边缘距离所述底座的边缘高2～10mm。

进一步地，所述伺服滑移装置包括伺服驱动机构、横向导轨和纵向导轨，所述纵向导轨设有两个且分别位于所述船坞本体左右两侧的墙体上，所述横向导轨设置在两个所述纵向导轨之间，所述横向导轨上设有移动座，所述伺服驱动机构用于驱动所述移动座沿所述横向导轨往复运动，所述伺服驱动机构还用于驱动所述横向导轨的两端沿所述纵向导轨同步往复运动，所述无线充电上盖通过伸缩杆连接在所述移动座上，所述伸缩杆的一端与所述移动座转动连接，所述伸缩杆另一端通过弹性件与所述无线充电发射盘铰接，所述移动座上设有旋转电机，所述旋转电机用于驱动所述伸缩杆绕与所述移动座的连接点转动以带动所述无线充电上盖同步转动。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种可无线充电的无人船补给方法，所述方法包括以下步骤：

S10，在无人船返回至船坞本体的入口时，通过预先设置的引导装置引导无人船进入船坞本体内，并触发控制船坞拦门关闭；

S20，通过伺服滑移装置带动无线充电上盖滑移至底座正上方，在摄像头识别到底座上有残留物时，通过喷气口喷气进行清除，伸长伸缩杆，使无线充电上盖与底座接触，通过磁力传感器进行方向检测，确认无线充电上盖与底座是否机械配合成功；

S30，在无线充电上盖与底座机械配合成功后，检测发射线圈盘和接收线圈盘是否耦合成功，在耦合成功时，再次伸长伸缩杆，通过伸缩杆和无线充电上盖压紧固定无人船；

S40，驱动伸缩杆旋转至初始方向，伸缩杆在旋转过程中带动无人船同步旋转，以使无人船的船头船尾方向与船坞本体的纵向中心线平行，通过无线充电发射装置对无人船进行充电，并在无人船物料不足时，通过伺服滑移装置带动无人船滑移至设定位置，通过物料补给传送带对无人船进行物料补给。

进一步地，所述步骤S10具体包括：

S101，在无人船返回至船坞本体的入口时，通过预先设置的引导装置引导，使无人船的船头船尾方向与船坞本体入口的垂直方向平行；

S102，通过引导装置引导无人船进入船坞本体内，当无人船碰撞压力感应墙时，触发船坞拦门关闭，船坞拦门在关闭时推动无人船再次碰撞压力感应墙，以触发无人船两侧的船坞伸缩板向前推进设定宽度，将无人船限制在两个船坞伸缩板之间。

进一步地，所述步骤S20具体包括：

S201，通过伺服滑移装置带动无线充电上盖沿横向轨道和纵向轨道移动，并开启摄像头和高亮灯，在滑移过程中通过摄像头扫描搜索无人船底座上的二维码图像；

S202，根据摄像头搜索到的二维码图像，并基于图像识别算法对无线充电上盖的位置进行调整，使无线充电上盖移动至底座的正上方；

S203，通过伸缩杆伸长带动无线充电上盖下移，使无线充电上盖的摄像头靠近底座上设置的二维码图像，并通过摄像头对二维码图像进行扫描识别；

S204，当摄像头未成功扫描识别到完整的二维码图像时，通过喷气口喷气对残留物进行清理，在残留物被清除完成后再次通过摄像头扫描二维码图像，获取二维码图像数据并保存；

S205，再次伸长伸缩杆直至伸缩杆的电机扭矩达到设定扭矩值时停止伸长，通过无线充电上盖边缘的磁力识别传感器检测底座上的磁体位置分布；

S206，在磁体位置分布与预设位置分布不相同时，旋转伸缩杆带动无线充电上盖同步旋转预设角度，在旋转过程中，通过磁力识别传感器不断检测磁体磁通及磁体间距，直至磁体磁通达到设定值且磁体间距符合预设间距时，确认无线充电上盖与底座机械配合成功。

进一步地，所述步骤S30具体包括：

S301，在无线充电上盖与底座机械配合成功后，以预设谐振频率f

S302，重复执行步骤S301三次，若仍然未耦合成功，则启动报警装置，手动耦合并调整参数，直至耦合成功；

S303，确认耦合成功后，伸长伸缩杆，带动无线充电上盖压紧底座，通过伸缩杆和无线充电上盖压紧固定无人船。

进一步地，所述步骤S40具体包括：

S401，驱动伸缩杆旋转至初始方向，伸缩杆在旋转过程中带动无人船同步旋转，以使无人船的船头船尾方向与船坞本体的纵向中心线平行，以预设谐振频率f

S402，基于保存的二维码图像数据，获取无人船编号和信息，对无人船进行级别判定和分类管理；

S403，在无人船物料不足时，通过伺服滑移装置沿横向或纵向移动，带动无人船滑动，以使无人船的料仓滑移至设定位置，并通过物料补给传送带对无人船进行物料补给；

S404，物料补给和充电完成后，判断是否是投料时间，如果是，则通过定位和引导装置使无人船离开船坞执行投料任务，如果不是，则等待作业命令。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的可无线充电的无人船补给船坞，可以解决电动无人船充电、物料补给以及避风停靠的问题，当无线充电和物料补给完成后，无人船即可出坞继续作业，实现作业全程自动化，无需人工进行充电和搬运，便于维护。

2、本发明提供的可无线充电的无人船补给船坞，通过设置压力感应墙，可以对无人船进入船坞的状态进行监控检测，通过设置船坞拦门，可以在无人船进入船坞后关闭船坞拦门，将无人船阻拦在船坞范围内，同时通过船坞伸缩板使无人船稳定在船坞本体内，避免因大风大浪使无人船漂离，从而影响无人船的充电和物料补给；通过设置伺服滑移装置，可以驱动无线充电发射装置移动，从而使无线充电发射装置到达无人船的停靠点并与无人船连接，实现对无人船的无线充电功能，大大降低了触电风险，提高了无线充电发射装置的适用范围。

3、本发明提供的可无线充电的无人船补给方法，在无人船进入船坞后出现歪斜时，通过使无线充电上盖旋转预设角度，在旋转过程中通过伸缩杆不断调整无线充电上盖的位置，从而使发射线圈盘与接收线圈盘能够耦合成功，实现对无人船的无线充电功能，在耦合成功后，可以对无人船的角度进行调整，使无人船的纵轴线与船坞纵向中心线平行，便于无人船与物料补给传送带的方向对齐进行物料补给，整个作业过程中无需人工操作，提高了作业效率，降低了工作强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种可无线充电的无人船补给船坞的结构示意图；

图2是本发明一种可无线充电的无人船补给船坞的无线充电上盖和底座的结构示意图；

图3是本发明一种可无线充电的无人船补给方法的流程示意图；

图4是本发明无人船在船坞本体内最大歪斜状态的示意图；

图5是本发明S-S拓扑磁耦合谐振式电路的原理图。

图中，1、船坞本体；2、船坞拦门；3压力感应墙；4、物料补给传送带；5、无人船；6、无线充电上盖；7、无线充电发射盘；8、底座；9、无线充电接收底盘；10、矩形小凸起；11、小凸台；12、伺服驱动机构；13、横向导轨；14、纵向导轨；15、移动座；16、伸缩杆；17、弹性件；18、船坞伸缩板；19、料仓；20、磁力识别传感器；21、磁体。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明可无线充电的无人船补给船坞的结构示意图，本实施例中，所述无人船补给船坞包括船坞本体1，船坞本体1的入口处设有船坞拦门2和引导装置，与船坞拦门2相对的船坞本体1一侧设有压力感应墙3，靠近压力感应墙3的船坞本体1外侧设有物料补给传送带4，物料补给传送带4的出料口位于船坞本体1内，船坞本体1内设有无线充电发射装置、伺服滑移装置以及船坞伸缩板18，船坞伸缩板18成对设置，两个船坞伸缩板18相对的板面均设有压力传感器，两个船坞伸缩板18均与船坞本体1的纵向中心线平行设置，两个船坞伸缩板18可以相互靠近或远离；引导装置用于引导无人船5进入船坞本体1内部，物料补给传送带4用于对无人船5进行物料补给，无线充电发射装置用于与无人船5连接并对无人船5进行充电，伺服滑移装置与无线充电发射装置连接，用于驱动无线充电发射装置移动以使无线充电发射装置与无人船5连接，船坞伸缩板18用于将无人船5限制在船坞本体1内。

需要说明的是，无人船5上设有用于储存物料的料仓19，由于物料补给传送带4位于船坞本体1内远离船坞拦门2的一侧，因此当料仓19设置在无人船5的船尾时，需要将船尾朝向船坞入口，使船尾先进入船坞内；当料仓19设置在无人船5的船头时，需要将船头朝向船坞入口，使船头先进入船坞内。本实施例以料仓19设置在无人船5的船尾进行说明。

应理解的是，无人船5可以根据船坞本体1入口处的坐标返回至船坞入口，无人船5上设有导航系统，无人船5可以在导航系统的作用下自动返航至船坞本体1的入口附近。本实施例中通过在靠近船坞本体1的入口处规划航线时，可以在船坞拦门2横向中点且垂直于船坞拦门2的方向上，至少规划两个以上航点且航点间距大于1米，在无人船5返回至船坞本体1的入口时，通过自主航线将无人船5调整至有利于进入船坞的方向上，然后通过入口处设置的引导装置，使无人船5的船头船尾方向进一步调整至船坞入口正中间的位置，且保持与船坞本体1入口的垂直方向平行。

在具体实现中，当无人船5电量低、物料不足或需要避风停靠时，无人船5根据船坞本体1入口处的坐标和规划的自主航线返回至船坞门口，切换至入坞模式，并根据无人船5船头、船尾以及船坞入口处设置的引导装置进入船坞本体1内。需要说明的是，本实施例中的引导装置为引导探头，是预先设置在无人船5以及船坞入口处的。在倒船入坞时，先将船头方向调整至与船坞入口的垂直方向平行，并将船尾朝向船坞入口，根据无人船5上设置的高精度定位装置以及船尾、船坞入口处设置的引导探头，引导无人船5倒入船坞。无人船5进入船坞后，当船尾(料仓19设置在无人船5的船尾，因此船尾先进入船坞)碰撞压力感应墙3时，说明无人船5已经完全进入船坞，此时压力信号触发，控制船坞拦门2关闭，同时通过船坞伸缩板18将无人船5封闭在一个小环境内，使无人船5稳定在船坞内。当船坞拦门2关闭时，会触及船头，从而推动船头再次碰撞压力感应墙3，此时说明无人船5已经稳定在船坞内。通过伺服滑移装置驱动无线充电发射装置沿横轴、纵轴方向移动，使无线充电发射装置与无人船5连接，开始对无人船5进行充电。当无人船5料仓19的物料不足或没有物料时，使无人船5的料仓19位于物料补给传送带4出料口的正下方，通过物料传送带进行物料补给，优选地，物料补给传送带4设置在船坞本体1一侧的正中间，其出料口可以伸缩调节，便于适应不同无人船5料仓19的位置，实现物料补给功能。本发明实施例提供的可无线充电的无人船补给船坞，可以解决电动无人船5充电、物料补给以及避风停靠的问题，当无线充电和物料补给完成后，无人船5即可出坞继续作业，实现作业全程自动化，无需人工进行充电和搬运，便于维护，通过设置压力感应墙3，可以对无人船5进入船坞的状态进行监控检测，通过设置船坞拦门2，可以在无人船5进入船坞后关闭船坞拦门2，将无人船5阻拦在船坞范围内，同时通过船坞伸缩板18使无人船5稳定在船坞本体1内，避免因大风大浪使无人船5漂离，从而影响无人船5的充电和物料补给；通过设置伺服滑移装置，可以驱动无线充电发射装置移动，从而使无线充电发射装置到达无人船5的停靠点并与无人船5连接，实现对无人船5的无线充电功能，提高了无线充电装置的适用范围。

参见图2，无线充电发射装置包括无线充电上盖6，无线充电上盖6的中间设有无线充电发射盘7，本实施例中的无线充电发射盘7为S-S拓扑磁耦合谐振式(简称MCR)无线充电发射盘7，无线充电发射盘7内封装有发射线圈盘、逆变电路、磁芯以及铝隔磁板，无人船5上设有与无线充电上盖6机械配合的底座8，底座8上设有无线充电接收底盘9，无线充电接收底盘9与无线充电发射盘7机械匹配，无线充电接收底盘9内封装有接收线圈盘、整流滤波电路、磁芯以及铝隔磁板，无线充电发射盘7和无线充电接收底盘9在耦合成功时发生电气频率谐振。无线充电发射盘7底部的正中间设有摄像头和高亮灯，摄像头用于扫描搜索无人船5上的二维码图像，高亮灯可以在自然光线不足时进行补光，提高摄像头采集识别二维码图像的精度，从而便于对无线充电上盖6的移动方向和位置进行精确调整，同时还可以使摄像头更精确的识别底座8上的残留物。无线充电发射盘7底部的边缘设有喷气口，需要说明的是，喷气口也可以设在无线充电发射盘7的中间，其具体位置可以根据实际需求进行选择调整，无人船5由于长期作业，船体表面通常会堆积残留有一些鱼料以及其他杂物等，通过设置喷气口可以对这些残留物进行喷气清除，避免其影响无线充电发射盘7和无线充电接收底盘9的耦合，还可以避免残留物对二维码图像进行遮挡影响摄像头的扫描识别。无线充电接收底盘9上设有二维码图像，可通过摄像头是否成功识别到完整的二维码图像的方式判断底座8上是否有残留物，以提高电能传输效率。无线充电上盖6的边缘以间距递减方式设有若干个磁力识别传感器20，底座8的边缘同样以间距递减方式设有若干个磁体21，磁体21与磁力识别传感器20一一对应，用于进一步确认无线充电上盖6与接收底座8的机械配合状态。伺服滑移装置在带动无线充电上盖6滑移的过程中，开启摄像头和高亮灯，一边滑移一边通过摄像头搜索无线充电接收底盘9上的二维码图像，根据二维码图像的位置，不断对无线充电上盖6的移动方向和移动距离进行调整，使无线充电上盖6滑移至底座8的正上方，从而使无线充电上盖6与底座8能够接触，便于发射线圈盘和接收线圈盘能够耦合成功。

具体的，无线充电发射盘7和无线充电接收底盘9均为圆形凸起平台(从俯视角度看)，无线充电上盖6上设有矩形小凸起10，矩形小凸起10设有两个且分别位于无线充电发射盘7直径的两端，无线充电发射盘7处于初始方向时，两个矩形小凸起10之间的连线与船坞本体1的纵向中心线平行，底座8上设有与矩形小凸起10相匹配的小凸台11，两个小凸台11分别位于无线充电接收底盘9直径的两端。无线充电上盖6上的矩形小凸起10与底座8上的小凸台11相配合，二者安装方向一致，当无人船5进入船坞内出现歪斜时，可以通过矩形小凸起10与小凸台11的配合，使无人船5在无线充电上盖6的带动作用下旋转一定角度，从而使无人船5船体与船坞纵向中心线平行。无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9均为圆形平台，二者面积一致，实现面接触后进行耦合，面接触后，即矩形小凸起10与小凸台11机械配合后，无线充电上盖6的边缘距离底座8的边缘高2～10mm悬空，具体的悬空高度可以根据实际情况进行选择设定。无人船5由于长期作业，船体表面会堆积残留有一些鱼料以及其他杂物等，当无线充电上盖6与底座8面接触时，通过在无线充电上盖6的边缘与底座8边缘之间留出2～10mm的空隙，可以在喷气口对残留物清理不彻底的情况下，预留一定间隙用来容纳这些鱼料以及杂物等，如果不留空隙，那么这些杂物会被挤压在无线充电上盖6与底座8之间，从而影响无线充电线圈的耦合，造成无线充电过程不稳定。

需要说明的是，无线充电上盖6与底座8上均设有锥型容错抓取结构，无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9是通过锥形抓取容错结构实现面接触的，该锥形容错抓取结构即为无线充电发射盘7与无线充电上盖6边缘之间的距离、无线充电接收底盘9与底座8边缘之间的距离(如图2所示的d值)，当d值越大，配合容错率越高，无线充电发射盘7抓取无线充电接收底盘9的成功率越大。

参见图1，伺服滑移装置包括伺服驱动机构12、横向导轨13和纵向导轨14，纵向导轨14设有两个且分别位于船坞本体1左右两侧的墙体上，横向导轨13设置在两个纵向导轨14之间，横向导轨13上设有移动座15，伺服驱动机构12用于驱动移动座15沿横向导轨13做横向往复运动，伺服驱动机构12还用于驱动横向导轨13的两端沿纵向导轨14同步做纵向往复运动，无线充电上盖6通过伸缩杆16连接在移动座15上，伸缩杆16的一端与移动座15转动连接，移动座15上设有旋转电机，旋转电机用于驱动伸缩杆16绕与移动座15的连接点转动以带动无线充电上盖6同步转动。伸缩杆16另一端通过弹性件17与无线充电发射盘7铰接，弹性件17的设置，可以实现无线充电发射盘7基于盘面在不同方向上适配倾斜一定角度，使得无人船5底座8与伸缩杆16之间柔性配合，不仅可以防止伸缩杆16对底座8造成损坏，同时还能达到适配容错的目的，弹性件17可以为强力弹簧或弹性万向节，当无人船5重心不稳时，会导致底座8不水平，强力弹簧可以使无线充电上盖6改变方向，从而使无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9实现面接触，也可以使用弹性万向节达到此目的。当无线充电上盖6滑移至底座8的正上方后，伸缩杆16开始伸长，带动无线充电上盖6向下移动，使无线充电上盖6与底座8接触，以使无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9实现耦合。伺服驱动机构12、横向导轨13和纵向导轨14的设置，使得伺服滑移装置能够带动无线充电上盖6沿横轴和纵轴方向进行移动，不断对无线充电上盖6的位置进行调整，根据无人船5停靠的位置，使无线充电上盖6能够滑移至无人船5上底座8的正上方，从而使无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9能够面接触实现耦合。当无人船5进入船坞出现歪斜后，可以通过旋转电机驱动伸缩杆16转动，从而通过伸缩杆16带动无线充电上盖6同步旋转，通过矩形小凸起10和小凸台11的相互机械配合，使得无线充电上盖6能够带动无人船5转动，调整无人船5与船坞纵向中心线相互平行，便于通过物料补给传送带4对料仓19进行补料。

需要说明的是，在本实施例中，伸缩杆16可设置为电动推杆，伺服驱动机构12可以为伺服驱动电机，包括横向驱动电机和纵向驱动电机，横向导轨13为丝杆，移动座15套设在丝杆上且与丝杆螺纹连接，通过横向驱动电机驱动丝杆转动，从而可以使移动座15带动无线充电上盖6沿横向导轨13往复移动；纵向导轨14包括两条，其中一条可为纵向设置的丝杆，另一条可为导向杆，通过纵向驱动电机驱动纵向丝杆转动，从而可以使横向导轨13的两端沿纵向导轨14往复移动。在另一实施例中，伺服驱动机构12、横向导轨13和纵向导轨14也可为其他的直线往复运动机构，其具体结构为现有技术。

进一步地，船坞伸缩板18成对设置且设有多组，船坞伸缩板18的伸缩距离与无人船5的宽度是相对应的，当船坞系统检测到无人船5船尾第一次撞击压力感应墙3时，说明无人船5已完全进入船坞内，此时会触发压力信号，船坞系统控制船坞拦门2关闭，同时触发船坞伸缩板18向前推进预先设定的宽度值，或者向前推进与船体挤压后达到预设的压力值(船坞伸缩板18上设有压力传感器，可以检测与船体挤压时的压力)，从而将无人船5稳定在船坞范围内。应理解的是，船坞伸缩板18在向前推进设定值后，与无人船5船体的外壁之间预留有一定间隙，因为无人船5在补给物料后，船体的重量会增加，使得无人船5的吃水深度增加，通过在船坞伸缩板18与无人船5之间预留一定间隙，既可以实现将无人船5限制在船坞内，同时也不会对无人船5的船体造成损坏。需要说明的是，船坞伸缩板18可以通过气缸或电机驱动实现伸缩移动。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种可无线充电的无人船5补给方法，参见图3，图3为本发明可无线充电的无人船5补给方法的流程示意图。本实施例中，所述方法包括以下步骤：

S10，在无人船5返回至船坞本体1的入口时，通过预先设置的引导装置引导无人船5进入船坞本体1内，并触发控制船坞拦门2关闭；

需要说明的是，在靠近船坞本体1的入口处规划有航线，无人船5可以根据船坞本体1入口处的坐标和规划的航线返回至船坞入口，无人船5上设有导航系统，无人船5可以在导航系统的作用下自动返航至船坞本体1的入口附近。

应理解的是，在靠近船坞本体1的入口处规划航线时，可以在船坞拦门2横向中点且垂直于船坞拦门2的方向上，至少规划两个以上航点且航点间距大于1米，在无人船5返回至船坞本体1的入口处时，通过自主航线将无人船5调整至有利于进入船坞的方向上，然后通过入口处设置的引导装置，使无人船5的船头船尾方向进一步调整至船坞入口正中间的位置，且保持与船坞本体1入口的垂直方向平行。本实施例中的引导装置为引导探头，船坞本体1的入口处设置有引导探头，无人船5的船头和船尾也设有相匹配的引导探头，在引导探头的引导下，可以使无人船5进入船坞本体1内，在无人船5进入船坞内后，控制船坞拦门2关闭，使无人船5稳定在船坞内。

S20，通过伺服滑移装置带动无线充电上盖6滑移至底座8正上方，在摄像头识别到底座8上有残留物时，通过喷气口喷气进行清除，伸长伸缩杆16，使无线充电上盖6与底座8接触，通过磁力传感器进行方向检测，确认无线充电上盖6与底座8是否机械配合成功；

需要说明的是，底座8上的无线充电接收底盘9上设有二维码图像，摄像头在扫描识别二维码图像的过程中，若有残留物覆盖在二维码图像上，则摄像头无法识别到完整的二维码图像，因此可以判断底座8上存在残留物，当底座8上存在残留物时，可以通过喷气口喷气对残留物进行清除，从而便于摄像头扫描识别到完整的二维码图像，获取无人船5编号及相应的信息，同时还可以避免残留物影响无线充电发射盘7和无线充电接收底盘9的耦合，从而提高电能传输效率。

S30，在无线充电上盖6与底座8机械配合成功后，检测发射线圈盘和接收线圈盘是否耦合成功，在耦合成功时，再次伸长伸缩杆16，通过伸缩杆16和无线充电上盖6压紧固定无人船5；

S40，驱动伸缩杆16旋转至初始方向，伸缩杆16在旋转过程中带动无人船5同步旋转，以使无人船5的船头船尾方向与船坞本体1的纵向中心线平行，通过无线充电发射装置对无人船5进行充电，并在无人船5物料不足时，通过伺服滑移装置带动无人船5滑移至设定位置，通过物料补给传送带4对无人船5进行物料补给。

需要说明的是，理想状态下，无人船5进入船坞本体1内部后，其船头船尾方向与船坞纵向中心线是相互平行的，当无线充电上盖6在伺服滑移装置的驱动作用下，可以移动至底座8正上方，并且无线充电上盖6上的矩形小凸起10也位于底座8上的小凸台11的正上方，在伸缩杆16的伸长作用下，无线充电上盖6与底座8接触，此时无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9实现面接触后耦合，可以对无人船5进行无线充电。但在实际作业过程中，受风浪的影响，船坞内的水流会出现波动，从而导致无人船5出现歪斜，此时矩形小凸起10并不位于小凸台11的正上方，从而使无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9难以耦合成功，导致无法进行充电，因此，需要对无线充电上盖6的角度和位置进行调整，直至耦合成功后再开始对无人船5进行无线充电。

应理解的是，在耦合成功后，通过伸缩杆16和无线充电上盖6压紧固定无人船5，便于伸缩杆16在旋转过程中，可以通过无线充电上盖6带动无人船5同步旋转，从而使无人船5的船头船尾方向旋转至与船坞本体1的纵向中心线平行，便于通过伺服滑移装置带动无人船5滑移至设定位置，使无人船5与物料补给传送带4的方向对齐，使得料仓19处于出料口正下方，实现无人船5的物料补给。

进一步地，步骤S10具体包括：

S101，在无人船5返回至船坞本体1的入口时，通过预先设置的引导装置引导，使无人船5的船头船尾方向与船坞本体1入口的垂直方向平行；

S102，通过引导装置引导无人船5进入船坞本体1内，当无人船5碰撞压力感应墙3时，触发船坞拦门2关闭，船坞拦门2在关闭时推动无人船5再次碰撞压力感应墙3，以触发无人船5两侧的船坞伸缩板18向前推进设定宽度，将无人船5限制在两个船坞伸缩板18之间。

需要说明的是，在倒船入坞时，先将船头方向调整至与船坞入口的垂直方向平行，并将船尾朝向船坞入口，根据无人船5上设置的高精度定位装置以及船尾、船坞入口处设置的引导探头，引导无人船5倒入船坞。无人船5进入船坞后，当船尾碰撞压力感应墙3时，说明无人船5已经完全进入船坞，此时压力信号触发，控制船坞拦门2关闭，同时船坞伸缩板18向前推进设定值，将无人船5封闭在一个小的环境内，当船坞拦门2关闭时，会触及船头，从而推动船头再次碰撞压力感应墙3，此时说明无人船5已经稳定在船坞内。

进一步地，步骤S20具体包括：

S201，通过伺服滑移装置带动无线充电上盖6沿横向轨道和纵向轨道移动，并开启摄像头和高亮灯，在滑移过程中通过摄像头扫描搜索无人船5底座8上的二维码图像；

S202，根据摄像头搜索到的二维码图像，并基于图像识别算法对无线充电上盖6的位置进行调整，使无线充电上盖6移动至底座8的正上方；

应理解的是，无线充电上盖6在移动过程中，不断通过摄像头扫描搜索无人船5底座8上的二维码图像，根据扫描搜索到的二维码图像，基于图像识别算法判断二维码图像所在的方向和位置，从而对无线充电上盖6的移动方向和移动距离不断进行调整，直至无线充电上盖6移动到底座8的正上方。

S203，通过伸缩杆16伸长带动无线充电上盖6下移，使无线充电上盖6的摄像头靠近底座8上设置的二维码图像，并通过摄像头对二维码图像进行扫描识别；

S204，当摄像头未成功扫描识别到完整的二维码图像时，通过喷气口喷气对残留物进行清理，在残留物被清除完成后再次通过摄像头扫描二维码图像，获取二维码图像数据并保存；

需要说明的是，当无线充电上盖6移动到底座8的正上方后，通过伸缩杆16伸长带动无线充电上盖6下移，使无线充电上盖6的摄像头进一步接近底座8上的二维码图像，并对二维码图像进行扫描识别，当摄像头没有识别到完整的二维码图像，则说明底座8上有残留物对二维码图像产生了遮挡，此时开启喷气口喷气，对残留物进行清理，在残留物被清除完成后再次通过摄像头对二维码图像进行扫描识别，如果依然有残留物，则启动报警装置，同时摄像头不断扫描识别底座8上的二维码图像，直至残留物被清除。报警装置可根据需求设置在船坞系统内，也可以设置在无线充电上盖6上，报警装置可选择蜂鸣器或其他的声光报警器，起到一定的提示作用。

S205，再次伸长伸缩杆16直至伸缩杆16的电机扭矩达到设定扭矩值时停止伸长，通过无线充电上盖6边缘的磁力识别传感器20检测底座8上的磁体21位置分布；

S206，在磁体21位置分布与预设位置分布不相同时，旋转伸缩杆16带动无线充电上盖6同步旋转预设角度，在旋转过程中，通过磁力识别传感器20不断检测磁体21磁通及磁体21间距，直至磁体21磁通达到设定值且磁体21间距符合预设间距时，确认无线充电上盖6与底座8机械配合成功。

应理解的是，在实际作业过程中，受风浪的影响，船坞内的水流会出现波动，使得无人船5出现歪斜，此时矩形小凸起10不是位于小凸台11的正上方，无线充电上盖6和底座8并未达到相互沉入抓取状态，磁力识别传感器20检测到的磁体21位置分布也没有相对应，图2中所示的为磁体21位置分布的其中一种实施例，因此需要对无线充电上盖6的角度和位置进行调整，以使无线充电发射盘7与无线充电接收底盘9相互沉入机械配合。

在具体实现中，通过旋转伸缩杆16带动无线充电上盖6逐步来回旋转预设角度，在旋转过程中带动无线充电上盖6不断调整位置的同时，磁力识别传感器20不断识别底座8边缘的磁体21磁通及磁体21间距，直到识别到的磁体21磁通达到设定值，且磁体21间距正确时，说明无线充电上盖6上的矩形小凸起10与底座8上的小凸台11完成机械配合。

需要说明的是，本实施例中伸缩杆16带动无线充电上盖6旋转预设角度，这里的预设角度是指无线充电上盖6寻找耦合需要旋转的最大角度，将最大旋转角度定义为a，其计算方法如下：

如图4所示，无人船5底座8上的两个小凸台11的连线与船体纵轴线平行，无人船5在船坞里的最大歪斜状态为：船头与船尾分别与两侧船坞伸缩板18的首尾接触。此时底座8上的两个小凸台11的连线与船坞纵向中心线的角度最大，也就是无线充电上盖6的两个矩形小凸起10与底座8上的两个小凸台11错位的最大角度，即无线充电上盖6寻找耦合需要旋转的最大角度a。设定无人船5边沿长为A，宽为B，两船坞伸缩板18之间的距离为M，则：sina＝L/A；无人船5的长和宽相互垂直，那么无人船5宽为B的边与水平线之间的夹角也为a，因此：cosa＝(M-L)/B，结合公式sin

当发射线圈盘与接收线圈盘耦合成功时，说明无线充电上盖6的矩形小凸起10与底座8上的小凸台11已经配合成功，在无人船5船体的浮力、弹性件17的弹力以及磁体21磁力的作用下，无线充电上盖6会牢牢抓住无人船5，此时通过旋转伸缩杆16回到初始方向，带动无人船5旋转，使无人船5纵轴线与船坞纵向中心线平行，然后伺服滑移装置横向滑移至设定位置，带动无人船5与物料补给传送带4方向对齐，使得料仓19处于出料口正下方，进行物料补给。当物料补给完成后，无人船5即可出坞继续作业，实现作业全程自动化。

进一步地，步骤S30具体包括：

S301，在无线充电上盖6与底座8机械配合成功后，以预设谐振频率f

S302，重复执行步骤S301三次，若仍然未耦合成功，则启动报警装置，手动耦合并调整参数，直至耦合成功；

S303，确认耦合成功后，伸长伸缩杆16，带动无线充电上盖6压紧底座8，通过伸缩杆16和无线充电上盖6压紧固定无人船5。

在具体实现中，当无线充电上盖6与底座8机械配合成功后，通过高频逆变桥以第一占空比D1和预设谐振频率f

需要说明的是，本发明实施例使用的是S-S拓扑磁耦合谐振式(MCR)无线充电收发回路，其电路原理图如图5所示，要检测回路是否耦合成功，只要确认回路是否谐振即可。因此，在步骤S301中，检测发射线圈盘和接收线圈盘耦合成功的判断方法，具体可通过谐振电路检测MCR回路谐振时的频率f，当f与预设谐振频率f

如图5所示，设定L

其中，

由公式(1)、(2)、(3)可得：

输出功率为：

/>

输入功率为：

其中I

MCR无线传输效率为：

当系统处于谐振状态时：

Z

Z

将公式(9)、(10)、

由式(11)可看出，MCR无线传输效率η和L

进一步地，步骤S40具体包括：

S401，驱动伸缩杆16旋转至初始方向，伸缩杆16在旋转过程中带动无人船5同步旋转，以使无人船5的船头船尾方向与船坞本体1的纵向中心线平行，以预设谐振频率f

S402，基于保存的二维码图像数据，获取无人船5编号和信息，对无人船5进行级别判定和分类管理；

S403，在无人船5物料不足时，通过伺服滑移装置沿横向或纵向移动，带动无人船5滑动，以使无人船5的料仓19滑移至设定位置，并通过物料补给传送带4对无人船5进行物料补给；

S404，物料补给和充电完成后，判断是否是投料时间，如果是，则通过定位和引导装置使无人船5离开船坞执行投料任务，如果不是，则等待作业命令。

需要说明的是，通过伸缩杆16和无线充电上盖6压紧固定无人船5后，通过旋转电机驱动伸缩杆16旋转到初始方向，带动无人船5同步旋转，使无人船5的转体纵轴线与船坞本体1的纵向中心线平行，然后伺服滑移装置沿横向或纵向移动，带动无人船5滑动，使得料仓19滑移至设定位置，即料仓19位于物料补给传送带4的出料口下方，当料仓19物料不足时，可以通过物料补给传送带4对无人船5进行物料补给。

应理解的是，利用摄像头拍摄保存的二维码图像，可以获取无人船5编号和相应的信息，便于对无人船5进行分类管理和级别判定，根据获取到的无人船5电量信息，通过无线充电发射装置对无人船5的动力电池进行充电，在无线充电过程中，高频逆变桥以预设谐振频率f