本發(fā)明屬于無人艇技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于柴電混合動(dòng)力無人艇的自平衡裝置、柴電混合動(dòng)力無人艇及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著海洋資源的開發(fā)和利用，無人艇在海洋資源勘測和開發(fā)中扮演者越來越重要的角色。傳統(tǒng)上，水面無人艇多采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴水推進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)高速、長時(shí)間巡航，可有效完成水面作業(yè)任務(wù)；水下無人艇多采用蓄電池螺旋槳推進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)任意軌跡的航行，然而其受限于攜帶能源的制約，航程有限，無法滿足較遠(yuǎn)水域的作業(yè)需求。

水下無人艇的推進(jìn)能源供給問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸。因此，如何有效利用水面無人艇柴油機(jī)帶有實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的作業(yè)任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，就是本技術(shù)的重點(diǎn)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有自平衡裝置、柴電混合動(dòng)力無人艇及其控制系統(tǒng)存在的問題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明其中一個(gè)目的是提供一種適用于柴電混合動(dòng)力無人艇的自平衡裝置，以方便無人艇的姿態(tài)平衡調(diào)節(jié)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種自平衡裝置，其包括，第一容置體，內(nèi)部設(shè)置有第一間隔件和第二間隔件，所述第一間隔件和第二間隔件將所述第一容置空間區(qū)分為第一獨(dú)立空間、第二獨(dú)立空間和第三獨(dú)立空間，所述第一間隔件和第二間隔件能夠產(chǎn)生形變；和，控制單元，包括第一監(jiān)測部件和處理模塊，所述第一監(jiān)測部件設(shè)置于所述第二獨(dú)立空間內(nèi)，能夠監(jiān)測所述第二獨(dú)立空間內(nèi)第一液體的變化，所述處理模塊接收所述第一監(jiān)測部件的監(jiān)測信號(hào)，并根據(jù)所述第二獨(dú)立空間內(nèi)第一液體的變化，調(diào)整對(duì)所述第一獨(dú)立空間和第三獨(dú)立空間內(nèi)第二液體的變化，使得所述第一液體的變化和所述第二液體的變化的質(zhì)量相同。

作為本發(fā)明所述的自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：還包括，第二容置體，內(nèi)部設(shè)置有第三間隔件和第四間隔件，所述第三間隔件和第四間隔件將所述第二容置空間區(qū)分為第四獨(dú)立空間、第五獨(dú)立空間和第六獨(dú)立空間，所述第三間隔件和第四間隔件能夠產(chǎn)生形變。

作為本發(fā)明所述的自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：還包括，輸送單元，包括第一輸送部件、第二輸送部件和第三輸送部件，所述第一輸送部件與所述第一獨(dú)立空間和所述第四獨(dú)立空間相連通，所述第二輸送部件與所述第二獨(dú)立空間和所述第五獨(dú)立空間相連通，所述第三輸送部件與所述第三獨(dú)立空間和所述第六獨(dú)立空間相連通。

作為本發(fā)明所述的自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一間隔件通過第一頂板與所述第一容置體內(nèi)側(cè)相連接，所述第二間隔件通過第一底板與所述第一容置體內(nèi)側(cè)相連接。

作為本發(fā)明所述的自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述第三間隔件通過第二頂板與所述第二容置體內(nèi)側(cè)相連接，所述第四間隔件通過第二底板與所述第二容置體內(nèi)側(cè)相連接。

本發(fā)明其中另一個(gè)目的是提供一種柴電混合動(dòng)力無人艇，以充分達(dá)到水下無人艇帶柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，提高其續(xù)航能力，滿足水下無人艇遠(yuǎn)海環(huán)境作業(yè)的需求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種柴電混合動(dòng)力無人艇，包括無人艇艇體，還包括，自平衡裝置，所述第一容置體設(shè)置于所述無人艇艇體的前端，所述第二容置體設(shè)置于所述無人艇艇體的后端。

作為本發(fā)明所述的柴電混合動(dòng)力無人艇的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一獨(dú)立空間和第三獨(dú)立空間上分別設(shè)置有第一電磁閥和第二電磁閥，當(dāng)?shù)谝槐O(jiān)測部件檢測到第一液體變化后，開啟所述第一電磁閥和所述第二電磁閥，以輸進(jìn)或排出第二液體。

作為本發(fā)明所述的柴電混合動(dòng)力無人艇的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一液體為油，所述第二液體為水。

本發(fā)明第三個(gè)目的是提供一種能夠操控柴電混合動(dòng)力無人艇進(jìn)行運(yùn)行的控制系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)，其包括，一用于監(jiān)視無人艇運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并選擇無人艇運(yùn)動(dòng)模式的岸基集成控制系統(tǒng)，所述岸基集成控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)互通的一岸基通訊系統(tǒng)、一岸基處理系統(tǒng)、一對(duì)岸基通訊系統(tǒng)及岸基處理系統(tǒng)進(jìn)行供電的岸基供電系統(tǒng)；和，一負(fù)責(zé)控制無人艇運(yùn)動(dòng)的艦基集成控制系統(tǒng)，所述艦基集成控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)互通的一艦基通訊系統(tǒng)、一艦基處理系統(tǒng)、一對(duì)艦基通訊系統(tǒng)、艦基處理系統(tǒng)及進(jìn)行供電的艦基供電系統(tǒng)，所述艦基處理系統(tǒng)包括一與艦基通訊系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通的艦基工控機(jī)，所述艦基工控機(jī)上連接有一避障系統(tǒng)、一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、一位姿導(dǎo)航系統(tǒng)及一視覺系統(tǒng)。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括，一用于改變無人艇的運(yùn)動(dòng)方向以及在水中的上升、下潛的艦基系統(tǒng)；和，一為無人艇的前進(jìn)后退提供動(dòng)力的主動(dòng)力系統(tǒng)；其中，所述艦基系統(tǒng)包括控制單元。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述位姿導(dǎo)航系統(tǒng)包括，一用于實(shí)時(shí)定位無人艇在水中位置的導(dǎo)航模塊；一用于測量無人艇在水中的方位、速度、加速度、角速率信息的微慣導(dǎo)位姿模塊；以及，一用于測量無人艇在水中下潛的深度以及無人艇周圍水的流速的深度流速傳感器。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述岸基通訊系統(tǒng)由一岸基數(shù)傳設(shè)備、一岸基圖傳設(shè)備共同組成。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述岸基處理系統(tǒng)包括一岸基工控機(jī)，該岸基工控機(jī)與岸基通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，所述岸基工控機(jī)上連接有一手柄、一多屏幕，所述多屏幕上顯示有不同的用于顯示監(jiān)控?zé)o人艇運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的人機(jī)交互界面。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述岸基供電系統(tǒng)包括依次連接的岸基220vac/24vdc鋰電池及岸基電壓變換器。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述艦基通訊系統(tǒng)由一艦基數(shù)傳設(shè)備、一艦基圖傳設(shè)備共同組成。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述避障系統(tǒng)包括一用于測量水面、空中目標(biāo)及障礙物的毫米波雷達(dá)，一用于測量水中目標(biāo)及障礙物的多束波聲吶。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述視覺系統(tǒng)包括一用于采集無人艇外部環(huán)境圖像的ccd攝像頭、一用于旋轉(zhuǎn)ccd攝像頭的云臺(tái)。

作為本發(fā)明所述的應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述艦基供電系統(tǒng)包括依次連接的一艦基電壓變換器及一艦載72vdc鋰電池/24vdc鋰電池。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明首先提供的一種適用于柴電混合動(dòng)力無人艇的自平衡裝置及柴電混合動(dòng)力無人艇，能夠充分達(dá)到水下無人艇帶柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，提高其續(xù)航能力，滿足水下無人艇遠(yuǎn)海環(huán)境作業(yè)的需求。同時(shí)，本發(fā)明中的控制系統(tǒng)通過岸基集成控制系統(tǒng)與艦基集成控制系統(tǒng)的相互配合，由岸基集成控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)視無人艇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選擇無人艇的運(yùn)動(dòng)模式，而艦基集成控制系統(tǒng)用以融合各種傳感器信息，形成完整的組合導(dǎo)航信息，并負(fù)責(zé)控制無人艇的運(yùn)動(dòng)，使得本控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)集成度高、運(yùn)動(dòng)控制更加智能、超視距的無人艇運(yùn)動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，通過多種運(yùn)動(dòng)控制工作模式相結(jié)合，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中：

圖1為本發(fā)明第一種實(shí)施方式中所述自平衡裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明圖1所示第一種實(shí)施方式中所述控制單元的運(yùn)作原理示意圖；

圖3為本發(fā)明第一種實(shí)施例中所述柴電混合動(dòng)力無人艇的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明圖3所示第一種實(shí)施例中控制無人艇平衡的運(yùn)作原理示意圖；

圖5為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的整體示意圖；

圖6為本發(fā)明圖5所示實(shí)施方式中多傳感器信息集成融合示意圖；

圖7為本發(fā)明圖5所示實(shí)施方式中手操運(yùn)動(dòng)控制工作模式的流程圖；

圖8為本發(fā)明圖5所示實(shí)施方式中巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式的流程圖；

圖9為本發(fā)明圖5所示實(shí)施方式中視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式的流程圖；

圖10為本發(fā)明圖5所示實(shí)施方式中自主避障運(yùn)動(dòng)控制工作模式的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

再其次，此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式如圖1所示，圖1為本發(fā)明第一種實(shí)施方式中所述自平衡裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中該系統(tǒng)包括第一容置體100、第二容置體300、輸送單元400和控制單元200(參見圖2)。

第一容置體100為中空的結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)部設(shè)置有第一間隔件101和第二間隔件102，第一間隔件101和第二間隔件102將第一容置空間100區(qū)分為第一獨(dú)立空間m、第二獨(dú)立空間n和第三獨(dú)立空間s，第一間隔件101和第二間隔件102能夠產(chǎn)生形變，例如，第一間隔件101和第二間隔件102可以采用熱固性彈性體或熱塑性彈性體(tpe)，其中tpe包括苯乙烯類熱塑彈性體tps、烯烴類熱塑彈性體tpo、tpv等，熱塑性彈性體tpe(thermoplasticelastomer)是一種具有橡膠的高彈性，高強(qiáng)度，高回彈性，又具有可注塑加工的特征的材料。具有環(huán)保無毒安全，硬度范圍廣，有優(yōu)良的著色性，觸感柔軟，耐候性，抗疲勞性和耐溫性，加工性能優(yōu)越，無須硫化，可以循環(huán)使用降低成本，既可以二次注塑成型，與pp、pe、pc、ps、abs等基體材料包覆粘合，也可以單獨(dú)成型。較佳地，在這一實(shí)施方式中，第一間隔件101通過第一頂板103與第一容置體100內(nèi)側(cè)相連接，第二間隔件102通過第一底板104與第一容置體100內(nèi)側(cè)相連接。

而第二容置體300也為中空的結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)部設(shè)置有第三間隔件301和第四間隔件302，第三間隔件301和第四間隔件302將所述第二容置空間300區(qū)分為第四獨(dú)立空間m、第五獨(dú)立空間n和第六獨(dú)立空間s，第三間隔件301和第四間隔件302能夠產(chǎn)生形變，在此，第三間隔件301和第四間隔件302也可以采用如同第一間隔件101和第二間隔件102采用的熱固性彈性體或熱塑性彈性體(tpe)。較佳地，在這一實(shí)施方式中，第三間隔件301通過第二頂板303與第二容置體300內(nèi)側(cè)相連接，第四間隔件302通過第二底板304與第二容置體300內(nèi)側(cè)相連接。

從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度看，第一容置體100和第二容置體300通過輸送單元400建立“聯(lián)系”。輸送單元400包括第一輸送部件401、第二輸送部件402和第三輸送部件403，第一輸送部件401與第一獨(dú)立空間m和第四獨(dú)立空間m相連通，第二輸送部件402與第二獨(dú)立空間n和第五獨(dú)立空間n相連通，第三輸送部件403與第三獨(dú)立空間s和第六獨(dú)立空間s相連通。

從控制結(jié)構(gòu)角度看，第一容置體100和第二容置體300通過控制單元200建立“聯(lián)系”?？刂茊卧?00包括第一監(jiān)測部件201和處理模塊202，第一監(jiān)測部件201設(shè)置于第二獨(dú)立空間n內(nèi)，能夠監(jiān)測第二獨(dú)立空間n內(nèi)第一液體的變化，在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)定第一液體為提供動(dòng)力的“燃油”，那么，第一監(jiān)測部件201可以采用油壓傳感器。處理模塊202接收第一監(jiān)測部件201的監(jiān)測信號(hào)，并根據(jù)第二獨(dú)立空間n內(nèi)第一液體的變化，調(diào)整對(duì)第一獨(dú)立空間m和第三獨(dú)立空間s內(nèi)第二液體的變化，使得第一液體的變化和第二液體的變化的質(zhì)量相同，在此，第一監(jiān)測部件201采用油壓傳感器時(shí)，處理模塊202(可以采用plc，programmablelogiccontroller可編程邏輯控制器)將油壓傳感器傳輸過來的“油壓”的變化值轉(zhuǎn)化為“缺少”或“增加”的“質(zhì)量值”，而后控制第一輸送部件401和第三輸送部件403，使得第一液體的變化與第二液體(例如：水)的變化相等。具體地，關(guān)于這個(gè)“耗油量”和進(jìn)水的多少的問題，只有當(dāng)進(jìn)的水的重量和消耗的油的重量相等時(shí)，才能保持自平衡裝置原來的平衡。在此，第二獨(dú)立空間n和第一獨(dú)立空間m、第三獨(dú)立空間s的大小，按照水油的密度比分配，按照這種機(jī)械的方式，控制進(jìn)水量，最終使油消耗的重量和進(jìn)水的重量相等。

如本發(fā)明圖3所示，圖3示出了將本發(fā)明第一種實(shí)施方式所述自平衡裝置應(yīng)用至柴電混合動(dòng)力無人艇的整體結(jié)構(gòu)示意圖。該無人艇當(dāng)然包括無人艇艇體t，其還包括，如圖1所示的自平衡裝置，其中，第一容置體100設(shè)置于無人艇艇體t的前端，第二容置體300設(shè)置于無人艇艇體t的后端。

具體地，第一容置體100為中空的結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)部設(shè)置有第一間隔件101和第二間隔件102，第一間隔件101和第二間隔件102將第一容置空間100區(qū)分為第一獨(dú)立空間m、第二獨(dú)立空間n和第三獨(dú)立空間s，第一間隔件101和第二間隔件102能夠產(chǎn)生形變，例如，第一間隔件101和第二間隔件102可以采用熱固性彈性體或熱塑性彈性體(tpe)，其中tpe包括苯乙烯類熱塑彈性體tps、烯烴類熱塑彈性體tpo、tpv等，熱塑性彈性體tpe(thermoplasticelastomer)是一種具有橡膠的高彈性，高強(qiáng)度，高回彈性，又具有可注塑加工的特征的材料。具有環(huán)保無毒安全，硬度范圍廣，有優(yōu)良的著色性，觸感柔軟，耐候性，抗疲勞性和耐溫性，加工性能優(yōu)越，無須硫化，可以循環(huán)使用降低成本，既可以二次注塑成型，與pp、pe、pc、ps、abs等基體材料包覆粘合，也可以單獨(dú)成型。較佳地，在這一實(shí)施方式中，第一間隔件101通過第一頂板103與第一容置體100內(nèi)側(cè)相連接，第二間隔件102通過第一底板104與第一容置體100內(nèi)側(cè)相連接。

而第二容置體300也為中空的結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)部設(shè)置有第三間隔件301和第四間隔件302，第三間隔件301和第四間隔件302將所述第二容置空間300區(qū)分為第四獨(dú)立空間m、第五獨(dú)立空間n和第六獨(dú)立空間s，第三間隔件301和第四間隔件302能夠產(chǎn)生形變，在此，第三間隔件301和第四間隔件302也可以采用如同第一間隔件101和第二間隔件102采用的熱固性彈性體或熱塑性彈性體(tpe)。較佳地，在這一實(shí)施方式中，第三間隔件301通過第二頂板303與第二容置體300內(nèi)側(cè)相連接，第四間隔件302通過第二底板304與第二容置體300內(nèi)側(cè)相連接。

從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度看，第一容置體100和第二容置體300通過輸送單元400建立“聯(lián)系”。輸送單元400包括第一輸送部件401、第二輸送部件402和第三輸送部件403，第一輸送部件401與第一獨(dú)立空間m和第四獨(dú)立空間m相連通，第二輸送部件402與第二獨(dú)立空間n和第五獨(dú)立空間n相連通，第三輸送部件403與第三獨(dú)立空間s和第六獨(dú)立空間s相連通。

從控制結(jié)構(gòu)角度看，第一容置體100和第二容置體300通過控制單元200建立“聯(lián)系”?？刂茊卧?00包括第一監(jiān)測部件201和處理模塊202，第一監(jiān)測部件201設(shè)置于第二獨(dú)立空間n內(nèi)，能夠監(jiān)測第二獨(dú)立空間n內(nèi)第一液體的變化，在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)定第一液體為提供動(dòng)力的“燃油”，那么，第一監(jiān)測部件201可以采用油壓傳感器。處理模塊202接收第一監(jiān)測部件201的監(jiān)測信號(hào)，并根據(jù)第二獨(dú)立空間n內(nèi)第一液體的變化，調(diào)整對(duì)第一獨(dú)立空間m和第三獨(dú)立空間s內(nèi)第二液體的變化，使得第一液體的變化和第二液體的變化的質(zhì)量相同，在此，第一監(jiān)測部件201采用油壓傳感器時(shí)，處理模塊202(可以采用plc，programmablelogiccontroller可編程邏輯控制器)將油壓傳感器傳輸過來的“油壓”的變化值轉(zhuǎn)化為“缺少”或“增加”的“質(zhì)量值”，而后控制第一輸送部件401和第三輸送部件403，使得第一液體的變化與第二液體(例如：水)的變化相等。具體地，關(guān)于這個(gè)“耗油量”和進(jìn)水的多少的問題，只有當(dāng)進(jìn)的水的重量和消耗的油的重量相等時(shí)，才能保持自平衡裝置原來的平衡。在此，第二獨(dú)立空間n和第一獨(dú)立空間m、第三獨(dú)立空間s的大小，按照水油的密度比分配，按照這種機(jī)械的方式，控制進(jìn)水量，最終使油消耗的重量和進(jìn)水的重量相等。

在這一實(shí)施例中，第一獨(dú)立空間m和第三獨(dú)立空間s上還分別設(shè)置有第一電磁閥107和第二電磁閥108，當(dāng)?shù)谝槐O(jiān)測部件201檢測到第一液體變化后，開啟所述第一電磁閥107和第二電磁閥108，以輸進(jìn)或排出第二液體。而第二輸送部件402上設(shè)置有第一液體進(jìn)液閥402a和第一液體出液閥402b，精確控制第一液體(動(dòng)力燃料)的補(bǔ)給和排出。

參見圖3和圖4，以提供無人艇動(dòng)力的為柴油機(jī)為例，當(dāng)無人艇處于水中，柴油機(jī)工作時(shí)，第二獨(dú)立空間n和第五獨(dú)立空間n中所帶柴油將會(huì)減少，由于第二獨(dú)立空間n和第五獨(dú)立空間n通過第二輸送部件402相連同，故第二獨(dú)立空間n和第五獨(dú)立空間n中柴油的減少量是同步的。裝在第二獨(dú)立空間n內(nèi)的第一監(jiān)測部件201(油壓傳感器)檢測到油量變化后，將檢測信號(hào)送到處理模塊202(基于單片機(jī)或plc的微處理器)的控制中，其根據(jù)預(yù)定算法，做出控制命令，控制第一電磁閥107和第二電磁閥108的開啟或關(guān)閉。由此保證第二獨(dú)立空間n和第五獨(dú)立空間n內(nèi)的耗油與第一獨(dú)立空間m和第四獨(dú)立空間m、第三獨(dú)立空間s和第六獨(dú)立空間s的排水量是相等的。因此，無人艇的整體姿態(tài)是保持平衡的。

參見圖5，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于柴電混合動(dòng)力無人艇的控制系統(tǒng)，其包括：一用于監(jiān)視無人艇運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并選擇無人艇運(yùn)動(dòng)模式的岸基集成控制系統(tǒng)500，岸基集成控制系統(tǒng)500包括數(shù)據(jù)互通的一岸基通訊系統(tǒng)502、一岸基處理系統(tǒng)，還包括一對(duì)岸基通訊系統(tǒng)502及岸基處理系統(tǒng)進(jìn)行供電的岸基供電系統(tǒng)。

岸基通訊系統(tǒng)502由一岸基數(shù)傳設(shè)備502a、一岸基圖傳設(shè)備502b共同組成。

岸基處理系統(tǒng)包括一岸基工控機(jī)506，該岸基工控機(jī)506與岸基通訊系統(tǒng)502實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，在岸基工控機(jī)506上連接有一手柄503、一多屏幕504，多屏幕504上顯示有不同的用于顯示監(jiān)控?zé)o人艇運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的人機(jī)交互界面505。

岸基供電系統(tǒng)包括依次連接的岸基220vac/24vdc鋰電池2501及岸基電壓變換器507。通過設(shè)置有一岸基電壓變換器507，從而可根據(jù)需要將岸基220vac/24vdc鋰電池501的電壓變換為需要電壓后再給岸基通訊系統(tǒng)502及岸基處理系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備供電，保證岸基集成控制系統(tǒng)500的整體順利運(yùn)行。一負(fù)責(zé)控制無人艇運(yùn)動(dòng)的艦基集成控制系統(tǒng)600，該艦基集成控制系統(tǒng)600包括數(shù)據(jù)互通的一艦基通訊系統(tǒng)601、一艦基處理系統(tǒng)，還包括一對(duì)艦基通訊系統(tǒng)601、艦基處理系統(tǒng)及進(jìn)行供電的艦基供電系統(tǒng)，艦基處理系統(tǒng)包括一與艦基通訊系統(tǒng)601和一實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通的艦基工控機(jī)603，在艦基工控機(jī)603上連接有一避障系統(tǒng)604、一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)605、一位姿導(dǎo)航系統(tǒng)602及一視覺系統(tǒng)606。

艦基通訊系統(tǒng)601由一艦基數(shù)傳設(shè)備601a、一艦基圖傳設(shè)備601b共同組成。

避障系統(tǒng)604包括一用于測量水面、空中目標(biāo)及障礙物的毫米波雷達(dá)604a，一用于測量水中目標(biāo)及障礙物的多束波聲吶604b。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)605包括一用于改變無人艇的運(yùn)動(dòng)方向以及在水中的上升、下潛的艦基系統(tǒng)605a，一為無人艇的前進(jìn)后退提供動(dòng)力的主動(dòng)力系統(tǒng)605b。

位姿導(dǎo)航系統(tǒng)602包括一用于實(shí)時(shí)定位無人艇在水中位置的北斗/gps模塊602a，一用于測量無人艇在水中的方位、速度、加速度、角速率信息的微慣導(dǎo)位姿模塊602b，一用于測量無人艇在水中下潛的深度以及無人艇周圍水的流速的深度流速傳感器602c。其中，這里所提及的“北斗/gps模塊”是用來導(dǎo)航定位的，“位姿模塊”可以采用姿勢傳感器，其是基于mems技術(shù)的高性能三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測量系統(tǒng)，包含三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)(即imu)，三軸電子羅盤等輔助運(yùn)動(dòng)傳感器，通過內(nèi)嵌的低功耗arm處理器輸出校準(zhǔn)過的角速度，加速度，磁數(shù)據(jù)等，通過基于四元數(shù)的傳感器數(shù)據(jù)算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測量，實(shí)時(shí)輸出以四元數(shù)、歐拉角等表示的零漂移三維姿態(tài)數(shù)據(jù)。

視覺系統(tǒng)606包括一用于采集無人艇外部環(huán)境圖像的ccd攝像頭606a、一用于旋轉(zhuǎn)ccd攝像頭606a的云臺(tái)606b。

艦基供電系統(tǒng)包括依次連接的一艦基電壓變換器607及一艦載72vdc鋰電池/24vdc鋰電池608。通過設(shè)置有一艦基電壓變換器607，從而可根據(jù)需要將艦載72vdc鋰電池/24vdc鋰電池608的電壓，變換為需要電壓后再給艦基通訊系統(tǒng)601及艦基處理系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備供電，保證艦基集成控制系統(tǒng)600的整體順利運(yùn)行。

在本控制系統(tǒng)中，岸基通訊系統(tǒng)502和艦基通訊系統(tǒng)601組成無人艇集成控制系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)，用于岸基集成控制系統(tǒng)500和艦基集成控制系統(tǒng)600的數(shù)據(jù)和圖像的傳輸。

如圖6所示的示意圖可知，組合導(dǎo)航信息的形成通過導(dǎo)航模塊602a(也即：北斗/gps模塊602a)、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c和多束波聲吶604b分別通過rs232接口與艦載工控機(jī)603連接，毫米波雷達(dá)604a、和ccd攝像頭606a分別通過以太網(wǎng)接口與艦載工控機(jī)603連接，艦載工控機(jī)603將各傳感器的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理融合，形成完整的組合導(dǎo)航信息，通過通訊系統(tǒng)發(fā)送到岸基集成控制系統(tǒng)500。

本發(fā)明中的無人艇共有四種運(yùn)動(dòng)控制工作模式，分別為：手操運(yùn)動(dòng)控制工作模式、巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式、視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式和自主避障運(yùn)動(dòng)控制工作模式，運(yùn)動(dòng)控制更加智能。

如圖7所示的示意圖可知，手操運(yùn)動(dòng)控制工作模式的工作流程為：無人艇上電初始化后，由無人艇操作員選擇無人艇運(yùn)動(dòng)模式為手操運(yùn)動(dòng)模式工作，無人艇操作員在可視范圍內(nèi)或遠(yuǎn)距離根據(jù)人機(jī)交互界面505所顯示的無人艇姿態(tài)及環(huán)境信息獲取無人艇的位置、姿態(tài)，并選擇是否進(jìn)行手柄503操作，如果是，則進(jìn)入下一步，如果否，則繼續(xù)進(jìn)行上一步即獲取無人艇的位置、姿態(tài)，在選擇進(jìn)行手柄503操作后，經(jīng)岸基工控機(jī)506采集處理手柄503數(shù)據(jù)后，通過通訊系統(tǒng)傳輸指令到艦基工控機(jī)603，再由艦載工控機(jī)603處理并生成運(yùn)動(dòng)控制命令，傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)605，主動(dòng)力系統(tǒng)605b、艦基系統(tǒng)605a的電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，控制無人艇的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了無人艇的手操運(yùn)動(dòng)控制工作模式。在這一實(shí)施方式中，艦基系統(tǒng)605a包括了控制單元200(參見圖4)，便于控制無人艇的整體平衡。

如圖8所示的示意圖可知，巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式的工作流程為：無人艇上電初始化后，無人艇操作員在可視范圍內(nèi)或遠(yuǎn)距離根據(jù)人機(jī)交互界面505所顯示的無人艇姿態(tài)及環(huán)境信息獲取無人艇的位置、姿態(tài)，并選擇是否進(jìn)入巡航運(yùn)動(dòng)模式工作，無人艇操作員根據(jù)任務(wù)需要，先于人機(jī)交互界面505上設(shè)定無人艇的巡航路線，經(jīng)岸基工控機(jī)506處理，通過通訊系統(tǒng)傳輸指令將運(yùn)動(dòng)路線傳送到艦載工控機(jī)603，由艦載工控機(jī)603處理并生成運(yùn)動(dòng)控制命令，傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)605，主動(dòng)力系統(tǒng)605b、艦基系統(tǒng)605a的電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，控制無人艇按照設(shè)定路線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了無人艇的巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式。

如圖9所示的示意圖可知，視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式的工作流程為：無人艇上電初始化后，由無人艇操作員選擇無人艇運(yùn)動(dòng)模式為視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)模式工作，ccd攝像頭606a拍攝無人艇運(yùn)動(dòng)環(huán)境中水面、空中環(huán)境信息，經(jīng)過艦載工控機(jī)603處理，通過通訊系統(tǒng)傳輸?shù)桨痘た貦C(jī)506，由多屏幕504顯示，經(jīng)過無人艇操作員在畫面上選定是否跟蹤目標(biāo)，若是，則進(jìn)入下一步，若否，則ccd攝像頭606a繼續(xù)拍攝無人艇運(yùn)動(dòng)環(huán)境中水面、空中環(huán)境信息，在選擇跟蹤目標(biāo)后，由岸基工控機(jī)506處理后，通過通訊系統(tǒng)將跟蹤目標(biāo)信息回傳到艦載工控機(jī)603，再由艦載工控機(jī)603處理并生成運(yùn)動(dòng)控制命令，傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)605，控制無人艇跟蹤選定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，以及云臺(tái)606b轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)ccd攝像頭606a的轉(zhuǎn)動(dòng)來跟蹤目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了無人艇的視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式。

如圖10所示的示意圖可知，自主避障運(yùn)動(dòng)控制工作模式的工作流程為：無人艇上電初始化后，在巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式和視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式下，無人艇具有自主避障運(yùn)動(dòng)控制功能，由北斗/gps模塊602a、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c、毫米波雷達(dá)604a、多束波聲吶604b和ccd攝像頭606a檢測是否有障礙物，并將信息反饋給艦載工控機(jī)603，再通過艦載工控機(jī)603通過融合北斗/gps模塊602a、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c、毫米波雷達(dá)604a、多束波聲吶604b和ccd攝像頭606a的信息數(shù)據(jù)信息，判斷出障礙物的信息，自動(dòng)生成運(yùn)動(dòng)控制命令，傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)605，控制無人艇避過障礙物運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了無人艇的自主避障運(yùn)動(dòng)控制工作模式。

由此可見，本發(fā)明首先提供的一種適用于柴電混合動(dòng)力無人艇的自平衡裝置及柴電混合動(dòng)力無人艇，能夠充分達(dá)到水下無人艇帶柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，提高其續(xù)航能力，滿足水下無人艇遠(yuǎn)海環(huán)境作業(yè)的需求。

同時(shí)，本發(fā)明中的控制系統(tǒng)通過岸基集成控制系統(tǒng)500與艦基集成控制系統(tǒng)600的相互配合，由岸基集成控制系統(tǒng)500負(fù)責(zé)監(jiān)視無人艇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選擇無人艇的運(yùn)動(dòng)模式，而艦基集成控制系統(tǒng)600用以融合各種傳感器信息，形成完整的組合導(dǎo)航信息，并負(fù)責(zé)控制無人艇的運(yùn)動(dòng)，使得本控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)集成度高、運(yùn)動(dòng)控制更加智能、超視距的無人艇運(yùn)動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，通過多種運(yùn)動(dòng)控制工作模式相結(jié)合，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

通過岸基通訊系統(tǒng)502、岸基處理系統(tǒng)、艦基通訊系統(tǒng)601、艦基處理系統(tǒng)的配合工作，使得本發(fā)明的中的半潛式小型無人艇具備四種運(yùn)動(dòng)控制工作模式：手操運(yùn)動(dòng)控制工作模式、巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式、視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式和自主避障運(yùn)動(dòng)控制工作模式，運(yùn)動(dòng)控制更加智能。

手操運(yùn)動(dòng)控制工作模式由人機(jī)交互界面505與手柄503共同配合得以實(shí)現(xiàn)；巡航運(yùn)動(dòng)控制工作模式由人機(jī)交互界面505、岸基工控機(jī)506、艦載工控機(jī)603共同配合得以實(shí)現(xiàn)；視覺目標(biāo)跟蹤運(yùn)動(dòng)控制工作模式由ccd攝像頭606a、艦載工控機(jī)603、岸基工控機(jī)506、多屏幕504共同配合得以實(shí)現(xiàn)；自主避障運(yùn)動(dòng)控制工作模式由艦載工控機(jī)603、北斗/gps模塊602a、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c、毫米波雷達(dá)604a、多束波聲吶604b、ccd攝像頭606a共同配合得以實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明中，對(duì)于岸基供電系統(tǒng)與艦基供電系統(tǒng)中均設(shè)置有一電壓變換器，從而可根據(jù)需要將鋰電池的電壓變換為需要電壓后再給各設(shè)備供電，保證設(shè)備的順利運(yùn)行。

應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。