一种智能无人组合浮桥

技术领域

本发明属于无人船技术领域，尤其涉及一种智能无人组合浮桥。

背景技术

近年来，随着我国无人船行业的迅猛发展，消费级和工业级无人船的数量与日俱增，其应用已经渗透到各个领域，但无人船发展的速度过于迅速，无人船配套的基础设施发展的速度还过于缓慢。目前市场上民用浮桥、工业级浮桥和军用浮桥执行对接任务时架设的方式单一，且基本都是在操作人员的参与下完成，全自主的移动对接技术不够完善，尤其是浮桥体对接和拆解都需要大量的人力和牵引船，且需要大量的时间完成，而从军事角度出发，架桥装备必须能够快速架设和拆解，因为一旦作业时间过长，就会成为敌人探测和攻击的目标。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种智能无人组合浮桥，能够实现浮桥的快速及精准的对接。

一种智能无人组合浮桥，包括浮桥板、用于承载浮桥板的可全方位移动的底部智能移动平台、用于浮桥之间近距离对接的近距离对接机构、用于浮桥间远距离对接的勾爪抛投机构，所述浮桥板位于底部智能移动平台上部；所述底部智能移动平台为可以全向移动的智能移动底盘，与浮桥板固连在一起为不可拆卸结构，侧面开设有引导槽；浮桥板与底部智能移动平台内部形成舱体，近距离对接机构设置在舱体内部，舱体作为储存间用于收纳近距离对接机构；所述浮桥板两侧设置有玻璃行道，玻璃行道外侧设置有护栏；勾爪抛投机构设置在玻璃行道外侧，固定在玻璃行道底部；所述浮桥前端安装有图像识别相机和激光定位装置；所述智能移动平台底部四角安装有螺旋桨；所述舱体内部设置有控制器、通信模块、电源模块、水流信息采集装置，通信模块、电源模块、水流信息采集装置与控制器电连接，近距离对接机构、勾爪抛投机构、螺旋桨与控制器电连接。

所述近距离对接机构包括小型液压站、液压推杆以及设置在液压推杆两端的第一对接头和第二对接头，一个浮桥第二对接头与另一浮桥的第一对接头的连接实现两个浮桥的连接；所述底部智能移动平台开设有导轨槽，液压推杆安装在导轨槽内；所述液压推杆包括二级推杆，用于驱动第二对接头在导轨槽内移动；所述第一对接头安装在液压推杆的固定端，所述第二对接头安装在二级推杆的伸出端。

所述第一对接头包括抓钩一、抓钩尾部固定端、导向板支撑架，抓钩一包括钩头、钩身、钩尾，所述钩尾通过抓钩尾部固定端与导向板支撑架连接，导向板支撑架固定在液压推杆的固定端；所述钩头包括钩舌、钩舌销及螺纹锁提销，所述钩舌为“U”型，“U”型钩舌的转角部分通过钩舌销转动连接在抓钩一前端，钩舌前端开设有直通孔；钩头前端设置有包括一个固定爪，固定爪和钩舌形成的内凹空间处设置有抓钩检测装置，所述抓钩检测装置为压力传感器；所述螺纹锁提销与抓钩一螺纹连接，末端插进钩舌前端的直通孔内，可限制钩舌的转动；螺纹锁提销外部设置有带齿螺母。

所述第二对接头包括抓钩二、抓钩尾部固定端、导向板支撑架，抓钩二包括钩头、钩身、钩尾，所述钩尾通过抓钩尾部固定端与导向板支撑架连接，导向板支撑架与液压推杆的伸出端连接；所述钩头包括钩舌、钩舌销及螺纹锁提销，所述钩舌为“U”型，“U”型钩舌的转角部分通过钩舌销转动连接在抓钩一前端，钩舌前端开设有直通孔；钩头前端设置有包括一个固定爪，固定爪和钩舌形成的内凹空间处设置有抓钩检测装置，所述抓钩检测装置为压力传感器；抓钩二的钩舌与固定爪的位置与抓钩一的钩舌和固定爪的位置相反；所述螺纹锁提销与抓钩一螺纹连接，末端插进钩舌前端的直通孔内，可限制钩舌的转动；螺纹锁提销外部设置有带齿螺母；

所述导向板支撑架上设置有支撑架，支撑架上固定有旋转电机一，旋转电机一输出端连接有带轮，带轮设置在钩身上，与带齿螺母采用带传动连接。

所述导向板内侧前端设置有抓钩检测摄像头。

所述导向板旋转电机为大扭矩低速旋转电机。

所述勾爪抛投机构包括并列设置的抛投机构和卡臂机构，所述抛投机构包括用于两节浮桥连接的钩爪、用于发射抓钩的气动发射器、绳索导向管、用于收放与抓钩连接绳索的卷线器，所述钩爪末端连接有绳索，绳索放置在卷线器的绳索导向管内，绳索末端绕过滚轮固定在卷线器的输出端；气动发射器设置在绳索导向管末端抓钩之间；所述卡臂机构包括用于对接钩爪的旋转接收臂杆、用于固定钩爪的凹槽卡臂、旋转臂杆、旋转液压缸，旋转液压缸固定在底部智能移动平台底部，旋转臂杆与凹槽卡臂垂直固定在一起，连接在旋转液压缸的输出端；所述凹槽卡臂顶部开设有凹槽；旋转接收臂杆包括弧形杆壁和直杆臂，分别通过旋转电机二转动连接在凹槽的末端。

所述通讯模块包括通讯器，通讯器包括蓝牙模块、GPS定位器、4G数传模块和图传模块，底部智能移动平台之间通过蓝牙模块进行通讯连接，并且通过4G数传模块和图传模块与岸上的总控制中心进行无线通信连接。

所述电源模块包括电缆、电源、继电器、电源转换器、报警器，所述电源是底部智能移动平台内部设置的储蓄电池，所述储蓄电池为锂电池或燃料电池，直接为底部智能移动平台供电。

所述水流数据采集模块包括流速检测传感器、流量检测传感器和水深探测雷达，所述水深探测雷达设置在舱体内部；所述流速检测传感器及流量检测传感器设置在底部智能移动平台底部，用于检测当前水域水流的流速和流量。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过激光对接装置和图像识别相机采集相邻浮桥之间的实时位置信息，提高相邻浮桥之间的首尾相对准确率，控制相邻浮桥之间的相对位置，够提高无人智能组合浮桥远距离抛投连接机构的抛投命中率，提高对接效率。

2)本发明在相邻浮桥之间抛投连接机构完成搭接任务后，通过激光对接装置采集前面浮桥的后端和后面浮桥的前端即第二对接头和第一对接头之间前后位置的相对信息，进而调节两侧卷线器的回收绳索的速度，能够尽可能的使进行搭接工作的智能无人组合浮桥处于一条直线上，提高近距离对接时的对接准确率。

3)本发明设置有近距离抓钩导向板，用于引导对接抓钩进行对接，通过抓钩上图像识别装置采集两抓钩之间的位置信息，通过调节螺旋桨的转速调整浮桥位置，提高对接准确率。

4)本发明设置有近距离对接机构移动装置，相邻浮桥近距离对接前伸出导向板和钩爪，对接成功后收回到浮桥内部，能够提高近距离对接准确率和避免近距离时浮桥发生碰撞。

5)本发明智能无人组合浮桥具备水上自动巡航和遥控两种功能，可自动在水上完成对接，无需人工操作，降低了劳动成本；同时设计的四组螺旋桨动力组可使浮桥快速移动到指定区域，效率高。

附图说明

图1为本发明中实施例提供的一种智能无人组合浮桥的外部结构示意图；

图2为本发明中实施例提供的一种智能无人组合浮桥的底部结构示意图；

图3为本发明中实施例提供的一种智能无人组合浮桥的内部结构示意图；

图4为本发明中实施例提供的一种智能无人组合浮桥中近距离对接机构的放大示意图；

图5为本发明中第一对接头的放大图；

图6为本发明中第二对接头的放大图；

图7为本发明中实施例提供的一种智能无人组合浮桥对接后的状态示意图；

图8为本发明中的钩舌的示意图；

其中，

1—浮桥板，2—护栏，3—玻璃行道，4—激光定位装置，5—底部智能移动平台，6—舱体，7—螺旋桨，8—图像识别相机，101—导向板，102—抓钩一，103—钩头，104—钩舌，105—抓钩检测装置，106—抓钩二，107—带齿螺母，108—钩舌销，109—螺纹锁提销，110—旋转电机一，111—支撑架，112—导向板支撑架，113—抓钩尾部固定端，114—钩尾，115—钩身，116—带轮，117—导向板旋转电机，118—抓钩检测摄像头，201—钩爪，202—气动发射器，203—绳索导向管，204—滚轮，205—卷线器，206—旋转接收臂杆，207—凹槽卡臂，208—旋转臂杆，209—旋转液压缸，301—小型液压站，302—导轨槽，303—液压推杆，304—二级推杆，401—控制器，402—水流数据采集装置，403—电源模块，404—通信模块，405—流速检测传感器及流量检测传感器。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。

如图1-图3所示，一种智能无人组合浮桥，包括浮桥板1、用于承载浮桥板1的可全方位移动的底部智能移动平台5、用于浮桥之间近距离对接的近距离对接机构、用于浮桥间远距离对接的勾爪抛投机构，所述浮桥板1位于底部智能移动平台5上部；所述底部智能移动平台5为可以全向移动的智能移动底盘，与浮桥板1固连在一起为不可拆卸结构，侧面开设有引导槽；浮桥板1与底部智能移动平台5内部形成舱体6，近距离对接机构设置在舱体6内部，舱体6作为储存间用于收纳近距离对接机构。所述浮桥板1两侧设置有玻璃行道3，玻璃行道与浮桥板的尺寸大于底部移动平台的尺寸；玻璃行道3外侧设置有护栏2，玻璃行道3与护栏2固定在一起；勾爪抛投机构设置在玻璃行道3外侧，固定在玻璃行道3底部。所述浮桥前端安装有图像识别相机8和激光定位装置4，能够自动寻找定位附近其他组合浮桥并进行两节浮桥之间的近距离及远距离对接工作，同时将搜寻到的信息和对接工作信息传输给岸上的总控制中心。

如图4所示，所述近距离对接机构包括小型液压站、液压推杆303以及设置在液压推杆303两端的第一对接头和第二对接头，一个浮桥第二对接头与另一浮桥的第一对接头的连接实现两个浮桥的连接；所述底部智能移动平台5开设有导轨槽302，液压推杆303安装在导轨槽302内；所述液压推杆303包括二级推杆304，用于驱动第二对接头在导轨槽302内移动；所述第一对接头安装在液压推杆303的固定端，所述第二对接头安装在二级推杆304的伸出端，在收缩状态下，所述第二对接头占底部智能移动平台5的二分之一。

如图5所示，所述第一对接头包括抓钩一102、抓钩尾部固定端113、导向板支撑架112，抓钩一102包括钩头103、钩身115、钩尾114，所述钩尾114通过抓钩尾部固定端113与导向板支撑架112连接，导向板支撑架112固定在液压推杆303的固定端；所述钩头103包括钩舌104、钩舌销108及螺纹锁提销109，三者构成了完整的抓钩开闭系统；如图8所示，所述钩舌104为“U”型，“U”型钩舌104的转角部分通过钩舌销108转动连接在抓钩一102前端，钩舌104前端开设有直通孔；钩头103前端设置有包括一个固定爪，固定爪和钩舌104形成的内凹空间处设置有抓钩检测装置105，所述抓钩检测装置105为压力传感器，通过检测对接瞬间压力的变化判断是否完成对接。所述螺纹锁提销109与抓钩一102螺纹连接，末端插进钩舌104前端的直通孔内，可限制钩舌104的转动；螺纹锁提销109外部设置有带齿螺母107。

如图6所示，所述第二对接头包括抓钩二106、抓钩尾部固定端113、导向板支撑架112，抓钩二106包括钩头103、钩身115、钩尾114，所述钩尾114通过抓钩尾部固定端113与导向板支撑架112连接，导向板支撑架112与液压推杆303的伸出端连接；所述钩头103包括钩舌104、钩舌销108及螺纹锁提销109，三者构成了完整的抓钩开闭系统；所述钩舌104为“U”型，“U”型钩舌104的转角部分通过钩舌销108转动连接在抓钩一102前端，钩舌104前端开设有直通孔；钩头103前端设置有包括一个固定爪，固定爪和钩舌104形成的内凹空间处设置有抓钩检测装置105，所述抓钩检测装置105为压力传感器，通过检测对接瞬间压力的变化判断是否完成对接。抓钩二106的钩舌104与固定爪的位置与抓钩一102的钩舌104和固定爪的位置相反，抓钩二106的钩舌104对应抓钩一102的固定爪，抓钩二106的固定爪对应抓钩一102的钩舌104，抓钩二106与抓钩一102的钩舌104相互勾住从而实现第一对接头与第二对接头的对接。所述螺纹锁提销109与抓钩一102螺纹连接，末端插进钩舌104前端的直通孔内，可限制钩舌104的转动；螺纹锁提销109外部设置有带齿螺母107；所述导向板支撑架112上设置有支撑架111，支撑架111上固定有旋转电机一110，旋转电机一110输出端连接有带轮116，带轮116设置在钩身115上，与带齿螺母107采用带传动连接，旋转电机一110的转动驱动带轮116转动，通过带传动驱动螺纹锁提销109转动，由于螺纹锁提销与抓钩一的螺纹连接，从而驱动螺纹锁提销109在抓钩二106上的上下移动，当螺纹锁提销109向上移动，其末端离开钩舌104前端的直通孔，钩舌104可转动；当螺纹锁提销109向下移动，其末端插进钩舌104前端的直通孔，钩舌104不可转动。所述支撑架111两侧通过导向板旋转电机117转动连接有导向板101，在抓钩一102与抓钩二106的对接过程中插入引导槽中，引导浮桥的运动，辅助完成与其他浮桥第一对接头的对接。

所述导向板101内侧前端设置有抓钩检测摄像头118，检测抓钩二，通过是否检测到抓钩二来调整导向板的转动。

所述导向板旋转电机117为大扭矩低速旋转电机，用于控制导向板101的旋转。

当两个浮桥处于连接状态时，抓钩一102和抓钩二106处于对接锁闭状态，螺纹锁提销109的末端插进钩舌104前端的直通孔，钩舌104不可转动，如图7所示。当两个浮桥分开时，抓钩一102和抓钩二106由对接锁闭状态变为开锁状态，旋转电机一110转动，带动带轮116旋转，螺纹锁提销109被带齿螺母107带动提起，其末端离开钩舌104前端的直通孔，抓钩二106的钩舌104可转动，脱离抓钩一102内部；当处于全开状态，钩舌104位于完全向外转开的位置。由对接锁闭状态变为开锁状态，只要抓钩一102或抓钩二106其中一个处在开锁状态，就可以把近距离对接机构打开。当两个浮桥需要连挂时，只要抓钩一102或抓钩二106其中一个抓钩处在全开位置，与另一浮桥的抓钩钩碰撞后就可互相勾住从而达到连挂的状态。

所述底部智能移动平台5底部四角安装有螺旋桨7，且螺旋桨7的左右对称面与底部智能移动平台的左右对称面成120度方向放置，此结构利用差速实现浮桥的全方位移动。

所述勾爪抛投机构包括并列设置的抛投机构和卡臂机构，所述抛投机构包括用于两节浮桥连接的钩爪201、用于发射抓钩的气动发射器202、绳索导向管203、用于收放与抓钩连接的绳索的卷线器205，所述钩爪201末端连接有绳索，绳索放置在卷线器205的绳索导向管203内，绳索末端绕过滚轮204固定在卷线器205的输出端；气动发射器202设置在绳索导向管203末端抓钩之间。所述卡臂机构包括用于对接钩爪201的旋转接收臂杆206、用于固定钩爪201的凹槽卡臂207、旋转臂杆208、旋转液压缸209，旋转液压缸209固定在底部智能移动平台5底部，旋转臂杆208与凹槽卡臂207垂直固定在一起，连接在旋转液压缸209的输出端，旋转液压缸带动旋转臂杆208与凹槽卡臂207可以实现180°旋转；所述凹槽卡臂207顶部开设有凹槽，用于卡住弹射过来的钩爪201；旋转接收臂杆206包括弧形杆壁和直杆臂，分别通过旋转电机二转动连接在凹槽的末端。

所述舱体6内部设置有控制器401、通信模块404、电源模块403、水流信息采集装置，通信模块404、电源模块403、水流信息采集装置与控制器401电连接，近距离对接机构、勾爪抛投机构、螺旋桨与控制器电连接，具体的，所述导向板旋转电机117、旋转电机一110、旋转电机二、螺旋桨7、小型液压站301、旋转液压缸209、卷线器205、气动发射器202、图像识别相机8、激光定位装置4、抓钩检测摄像头118、抓钩检测装置与控制器401电连接，控制智能移动平台的移动、控制近距离对接机构和勾爪抛投机构的对接以及平台内部的水流数据采集装置402。所述控制器401是智能平台的控制中枢，接收图像识别相机8、激光定位装置4、抓钩检测摄像头118、水流数据采集装置采集并传送的信息，然后通过内部的电子电路向与其电连接的导向板旋转电机117、旋转电机一110、旋转电机二、螺旋桨7、小型液压站301、旋转液压缸209、卷线器205、气动发射器发出不同的工作指令，控制各执行机构协同动作，以实现智能移动平台自动侦察、浮桥的对接，从而实现无人机在浮桥上的起降。

所述通讯模块包括通讯器，通讯器包括蓝牙模块、GPS定位器、4G数传模块和图传模块，底部智能移动平台5之间通过蓝牙模块进行通讯连接，并且通过4G数传模块和图传模块与岸上的总控制中心进行无线通信连接，将底部智能移动平台5之间对接的实时信息传输给人工总控制台，当底部智能移动平台5出现紧急情况时，人工总控制台的报警装置会发出报警信号提示底部智能移动平台5出现故障。

本实施例中所述控制器采用STM32F103RCT6型号，所述蓝牙模块为NewBit的XY-MBD87A型号，所述GPS定位器的型号为GT500，所述4G数传模块和图传模块采用CUAV数传图传一体。

所述电源模块403包括电缆、电源、继电器、电源转换器、报警器。所述电源是底部智能移动平台5内部设置的储蓄电池，所述储蓄电池为锂电池或燃料电池，直接为底部智能移动平台5供电。电缆镶嵌在平台、设备的边缘或者内部，不能干涉平台的正常运转。

所述水流数据采集模块包括流速检测传感器、流量检测传感器和水深探测雷达，所述水深探测雷达设置在舱体内部；所述流速检测传感器及流量检测传感器405设置在底部智能移动平台底部，用于检测当前水域水流的流速和流量，将采集到的信息传递给控制器401，可根据采集到的水流参数或岸上的总控制中心控制指令判断是否在当前水域进行对接工作。

优选的，所述螺旋桨7为涵道螺旋桨，可根据任务规划的航线由控制器控制其进行自行移动。

上述一种智能无人组合浮桥在进行浮桥间连接的工作流程如下：

底部智能移动平台5可以作为承载各种水上设备的船体，当一节浮桥需要与其他浮桥进行对接时会通过蓝牙模块自动搜索附近的底部智能移动平台5，并与最近的空闲状态的底部智能移动平台5进行蓝牙通信，并建立局域通讯网实时通讯，当前底部智能移动平台5将发送自身坐标，并向目标靠近，当距离未到达预先设定的远距离范围时，通过激光定位装置4和图像识别相机8来进行浮桥之间的相对平行，判断待对接的浮桥两侧的是否相对，激光定位装置4和图像识别相机8将相对信号传递到控制器，由控制器调节螺旋桨从而调整浮桥的位置。当两节浮桥的距离到达预先设定的远距离范围时，控制器401向旋转液压站发出工作指令，旋转液压缸209启动，带动旋转臂杆208与凹槽卡臂207旋转，将凹槽卡臂207由水平方向旋转90°至垂直方向，旋转接收臂杆206通过旋转电机二展开到水平方向。在两节浮桥相对时，控制器401向启动发射器发出工作指令，气动发射器202将钩爪201弹射出，钩爪201挂接到第二节浮桥的旋转接收臂杆206上；控制器401向旋转电机二发出工作指令，旋转电机二转动，旋转接收臂杆206转动到垂直方向，钩爪201滑落到凹槽卡臂207的凹槽中；第一节浮桥的控制器401向卷线器205发出工作指令，卷线器205启动收紧绳索，使钩爪201和凹槽卡臂207固定住，同时回收绳索；利用激光定位装置4同时控制两侧卷线器205收缩绳索的速度，使两节浮桥平行相对并靠近；浮桥根据坐标通过自身携带的激光定位装置4定位，同时图像识别相机8用来辅助定位，调整自身速度与相邻浮桥的位置基本达到一致，当两节浮桥到达预先设定的近距离时，控制器401向卷线器205发出停止工作指令，卷线器205停止工作。控制器401向小型液压站301发出工作指令，浮桥内部的小型液压站301工作，驱动液压推杆303和二级推杆304伸出，推动与二级推杆304连接的导向板支撑架112，进而推动近距离对接机构的第二对接头伸出；控制器401向导向板旋转电机117发出工作指令，导向板旋转电机117转动，导向板101展开成喇叭状，两侧导向板101完全打开将抓钩二106暴露在外，此时控制器401向螺旋桨7和卷线器205发出工作指令，螺旋桨7和卷线器205工作，使两节浮桥位于同一条直线上，当导向板101前端的抓钩检测摄像头118检测到第二节浮桥的抓钩二106进入第一节浮桥的导向板101的范围时，在螺旋桨7带动两节浮桥靠近的同时控制器401向导向板旋转电机117发出反转指令，导向板101向内旋转后沿第二节浮桥的引导槽运动，引导抓钩一102和抓钩二106对接；图像识别相机8将抓钩一102和抓钩二106的实时对接图像信息传送到控制器，控制器传送到岸上的总控制中心，直到抓钩一102和抓钩二106成功对接，如图7所示。控制器401向小型液压站301发出指令，浮桥内小型液压站301工作，将液压推杆303收回，将两节浮桥的近距离对接机构收缩进第一节浮桥的舱体6内。控制器401向旋转液压缸209发出反转指令，旋转液压缸209反向旋转，凹槽卡臂207向第一节浮桥的方向逆时针旋转180，钩爪201自动脱落，卷线器205收回钩爪201。

当浮桥需要断开时，控制器401向小型液压站301发出工作指令，小型液压站301工作，推出液压推杆303和二级推杆304，使近距离对接机构伸出浮桥的舱体6外；控制器401向旋转电机一110发出工作指令，旋转电机一110工作，带动带齿螺母107转动，带齿螺母107带动螺纹锁提销109上升，螺纹锁提销109被带齿螺母107带动提起，钩舌104受到拉力向外转开，抓钩二106的钩舌104转动脱离抓钩一102内部，两抓钩断开；第一节浮桥近距离对接机构收缩进空腔内；控制器401向螺旋桨7发出工作指令，螺旋桨7工作，驱动浮桥返回起始点，等待总控中心的命令继续执行下一次任务。

本发明的这种智能无人组合浮桥能够适应大部分的水域环境，可以根据任务的需求实时地调度，灵活性很强，更为重要的是平台在移动的状态下可以自动和快速完成连接对接工作，具有优良的耐波性能和结构安全可靠。