一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法與流程

1.本發明涉及無人船技術領域，尤其涉及一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法。


背景技術：

2.隨著人們對海洋、湖泊、水庫等水域研究和保護的意識增強，人們開始對其進行調查和探測，作為調查和探測方式，通常包括利用船舶將調查和探測人員運輸至特定水域進行調查，此時調查和探測人員到達特殊水域后利用攜帶的探測設備和傳感設備adcp等進行探測，即利用有人的船舶進行調查，但這通常只是在特定的時期進行調查，因為需要較大參與人員，因此，通常這種調查人力成本和經濟成本比較高，通常不能維持全天候、不間斷的調查和探測，通常只能偶爾進行派員調查；另外一種方式，也是現有技術中應用比較多的方式，即利用無人船裝載著探測和傳感設備，利用智能化設備和無線通信技術，實現遠程無人控制。
3.無人船體量較小并且機動性強，目前已廣泛應用于淺灘、湖泊等區域的測繪、采樣和監測。無人船經常工作于地形變化劇烈、水環境復雜的航線中。例如，無人船航行區域包括基巖質海岸、河口沙壩和水庫邊坡等。然而，無人船航行區域中波浪破碎且亂流強。無人船航跡往往較難控制，容易出現船底部與水底或岸邊接觸并且無法移動的問題，即無人船容易擱淺。


技術實現要素：

4.本發明的目的是為了解決現有技術中存在的問題，而提出的一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法。
5.為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：
6.一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船，包括船體，所述船體兩側外壁均連接有側板，兩個所述側板之間轉動連接有轉動桿，所述轉動桿外壁套接有轉動管，所述船體上設置有用于驅動轉動桿和轉動管旋轉的驅動機構，所述轉動桿和轉動管上均套接有收卷輥，所述收卷輥上纏繞有拉繩，所述拉繩遠離收卷輥的一端連接有用于定位的抓地爪，所述船體上設置有用于驅動抓地爪工作的抓地機構，所述驅動機構通過拉繩驅動抓地機構工作。
7.優選的，所述驅動機構包括用于驅動轉動桿旋轉的第一驅動組件和用于驅動轉動管旋轉的第二驅動組件，所述第一驅動組件包括固設在側板上的第一電機，所述第一電機的輸出端連接有第一轉桿，所述第一轉桿轉動連接在兩個側板之間，所述第一轉桿上設置有第一齒輪，所述轉動桿上設置有與第一齒輪相互嚙合的第二齒輪。
8.優選的，所述第二驅動組件包括固設在側板上的第二電機，所述第二電機的輸出端連接有第二轉桿，所述第二轉桿轉動連接在兩個側板之間，所述第二轉桿上設置有第三齒輪，所述轉動管上設置有與第三齒輪相互嚙合的第四齒輪。
9.優選的，所述第一轉桿和第二轉桿上均設置有等距分布的偏心凸塊。
10.優選的，所述抓地機構包括固設在船體上的支板，所述支板上連接有彈性伸縮桿，所述彈性伸縮桿遠離支板的一端活動連接有滑桿，所述滑桿與彈性伸縮桿之間設置有卡位組件，所述滑桿的上下兩端均設置有限位板，所述滑桿下端的限位板上設置有彈性元件，所述彈性元件遠離限位板的一端與抓地爪相連，所述抓地爪滑動連接在滑桿上。
11.優選的，所述抓地爪包括滑動連接在滑桿上的固定架以及設置在固定架上的三組調節組件，三組所述調節組件呈圓周均勻分布在固定架上，每組所述調節組件均包括相互嚙合的第五齒輪和第六齒輪，所述第五齒輪和第六齒輪均通過銷軸轉動連接在固定架內，所述第六齒輪上固設有勾爪，所述滑桿上開設有凹槽，所述凹槽內設置有與第五齒輪相互嚙合的齒條板，所述抓地爪還包括固設在固定架內的連接塊，所述連接塊與拉繩固定相連。
12.優選的，所述卡位組件包括固設在彈性伸縮桿上的u形連板，所述u形連板內壁通過轉軸轉動連接有卡塊，所述轉軸上設置有用于卡塊旋轉復位的扭簧，所述卡塊上設置有圓弧面，所述滑桿上連接有固定塊，所述固定塊與圓弧面活動相抵。
13.優選的，所述卡塊上還設置有受力板，所述船體上設置有推桿，所述推桿與受力板活動相抵。
14.優選的，所述u形連板兩側外壁均連接有定位板，兩個所述定位板之間固設有兩個限位桿，所述卡塊與兩個所述限位桿活動相抵。
15.本發明還公開了一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船的使用方法，包括以下步驟：
16.s1：當船體遇到突發擱淺情況時，船體由于底部及一側水位較淺出現擱淺情況，而另一側水位較深可滿足無人船航行條件，此時可根據船體兩側水深情況，控制第一電機或第二電機運行，使第一電機帶動轉動桿或第二電機帶動轉動管轉動，使收卷輥送線，對收卷輥上的拉繩進行釋放；
17.s2：拉繩釋放時處于被壓縮狀態的彈性伸縮桿恢復變長，向船體水位較深的一側延伸并帶動滑桿遠離船體，使滑桿移動至水位較深區域，隨著對拉繩的釋放，與拉繩相連的抓地爪不再受到拉力，且會與滑桿因自身重力因素下在彈性伸縮桿遠離船體的一端下滑，在此過程中，滑桿下移會使固定塊對卡塊的圓弧面作用力，使卡塊以轉軸為圓心進行偏轉，進而使滑桿自由下落且不受阻擋，隨后，抓地爪隨滑桿下落后并與水底接觸；
18.s3：再次控制第一電機或第二電機運行，使第一電機帶動轉動桿或第二電機帶動轉動管反向轉動，使收卷輥收線，對收卷輥上的拉繩進行收起，在此過程中，拉繩首先會對抓地爪作用力，抓地爪在拉繩的拉動下會上移，而滑桿由于固定塊上移時會受到卡塊的限制，使得滑桿無法上移，進而使抓地爪上移時會在滑桿上移動，彈性元件被拉伸，抓地爪上移時第五齒輪與滑桿上的齒條板嚙合，使第五齒輪轉動并與第六齒輪嚙合，第六齒輪帶動勾爪向下偏轉，進而使勾爪對水底的砂石進行插入，使得抓地爪具備較強的抓地力；
19.s4：隨著繼續對拉繩收卷，在滑桿及抓地爪一側固定的情況下，船體順著拉繩的拉力向滑桿處移動，進而使船體由淺水區域移動至深水區域，使無人船處于可以正常航行狀態；
20.s5：在無人船隨著拉繩向滑桿處移動時，兩者之間的距離變短，使得彈性伸縮桿再次被壓縮，當彈性伸縮桿被壓縮至無人船正常航行時的壓縮狀態時，船體上的推桿對卡塊
上的受力板作用力，卡塊以轉軸為圓心進行偏轉，此時卡塊不再對滑桿的固定塊進行限制，隨后驅動電機運行，使收卷輥送線，釋放拉繩對抓地爪的拉力，抓地爪不再受力并在彈性元件的彈力拉動下下移，使勾爪向上偏轉，解除勾爪對水底的抓地力，隨后使收卷輥對拉繩再次收線，此時由于滑桿上移不受限制，使得拉繩對抓地爪拉扯時，抓地爪通過彈性元件帶動滑桿上移，實現對抓地爪的回收。
21.與現有技術相比，本發明提供了一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法，具備以下有益效果：
22.1、該用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法，通過拉繩與抓地爪相配合，使無人船快速脫離擱淺狀態，使得無人船防擱淺能力強，適用于復雜水域的環境測繪工作。
23.2、該用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法，通過抓地機構驅動抓地爪嵌入水底，使抓地爪具備較強的抓地力，使得對拉繩進行收卷時，船體順著拉繩的拉力向滑桿及抓地爪處移動，進而使船體由淺水區域移動至深水區域，使無人船處于可以正常航行狀態。
24.3、該用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法，通過將無人船拉至滑桿處，使無人船處于正常航行狀態后，彈性伸縮桿會被壓縮至無人船正常航行時的壓縮狀態，船體上的推桿對卡塊上的受力板作用力，卡塊以轉軸為圓心進行偏轉，此時卡塊不再對滑桿的固定塊進行限制，隨后驅動電機運行，使收卷輥送線，釋放拉繩對抓地爪的拉力，抓地爪不再受力并在彈性元件的彈力拉動下下移，使勾爪向上偏轉，解除勾爪對水底的抓地力，隨后使收卷輥對拉繩再次收線，此時由于滑桿上移不受限制，使得拉繩對抓地爪拉扯時，抓地爪通過彈性元件帶動滑桿上移，實現對抓地爪的回收，便于抓地爪下次擱淺時進行動作。
25.4、該用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法，通過在第一轉桿和第二轉桿上設置等距分布的偏心凸塊，使得船體在釋放和收緊拉繩之時，偏心凸塊帶動船體晃動著移動，向無人船提供縱向擺動力，避免船體在擱淺狀態時與水底淤泥卡住，便于船體在拉繩的拉力作用下快速移位。
26.5、該用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船及其使用方法，通過在船體兩側均設置有抓地機構和抓地爪，使船體適用范圍廣，提高無人船的防擱淺能力。
附圖說明
27.圖1為本發明的結構示意圖一；
28.圖2為本發明的結構示意圖二；
29.圖3為本發明的圖2中a部局部放大示意圖；
30.圖4為本發明的部分剖面結構示意圖；
31.圖5為本發明的驅動機構的結構示意圖；
32.圖6為本發明的抓地機構的結構示意圖；
33.圖7為本發明的圖6中b部局部放大示意圖；
34.圖8為本發明的抓地爪與滑桿的結構示意圖；
35.圖9為本發明的抓地爪的結構示意圖；
36.圖10為本發明的卡塊未受力時的結構示意圖；
37.圖11為本發明的卡塊受力時的結構示意圖。
38.圖中：1、船體；2、側板；3、轉動桿；4、轉動管；5、收卷輥；501、拉繩；6、抓地爪；601、固定架；602、第五齒輪；603、第六齒輪；604、勾爪；605、連接塊；7、第一電機；701、第一轉桿；7011、第一齒輪；7012、第二齒輪；8、第二電機；801、第二轉桿；8011、第三齒輪；8012、第四齒輪；9、偏心凸塊；10、支板；11、彈性伸縮桿；12、滑桿；121、限位板；122、彈性元件；123、凹槽；124、齒條板；125、固定塊；13、u形連板；14、卡塊；141、圓弧面；142、受力板；15、推桿；16、定位板；161、限位桿。
具體實施方式
39.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
40.在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
41.實施例1：
42.參照圖1、圖2、圖4、圖8和圖9，一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船，包括船體1，船體1兩側外壁均連接有側板2，兩個側板2之間轉動連接有轉動桿3，轉動桿3外壁套接有轉動管4，船體1上設置有用于驅動轉動桿3和轉動管4旋轉的驅動機構，轉動桿3和轉動管4上均套接有收卷輥5，收卷輥5上纏繞有拉繩501，拉繩501遠離收卷輥5的一端連接有用于定位的抓地爪6，船體1上設置有用于驅動抓地爪6工作的抓地機構，驅動機構通過拉繩501驅動抓地機構工作。
43.具體的，無人船在水域環境測繪時擱淺，通過驅動機構帶動收卷輥5對拉繩501進行送線及收線，使抓地機構工作并驅動抓地爪6對水底進行抓地，配合拉繩501使無人船快速脫離擱淺狀態，使得無人船防擱淺能力強，適用于復雜水域的環境測繪工作。
44.實施例2：
45.參照圖1、圖4和圖5，一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船，與實施例1相同，更進一步的是，驅動機構包括用于驅動轉動桿3旋轉的第一驅動組件和用于驅動轉動管4旋轉的第二驅動組件，第一驅動組件包括固設在側板2上的第一電機7，第一電機7的輸出端連接有第一轉桿701，第一轉桿701轉動連接在兩個側板2之間，第一轉桿701上設置有第一齒輪7011，轉動桿3上設置有與第一齒輪7011相互嚙合的第二齒輪7012。
46.進一步的，第二驅動組件包括固設在側板2上的第二電機8，第二電機8的輸出端連接有第二轉桿801，第二轉桿801轉動連接在兩個側板2之間，第二轉桿801上設置有第三齒輪8011，轉動管4上設置有與第三齒輪8011相互嚙合的第四齒輪8012。
47.具體的，通過控制第一電機7或第二電機8運行，使第一轉桿701上的第一齒輪7011與轉動桿3上的第二齒輪7012嚙合或第二轉桿801上的第三齒輪8011與轉動管4上的第四齒輪8012嚙合，使轉動桿3或轉動管4轉動，進而使收卷輥5送線，對收卷輥5上的拉繩501進行釋放或收卷。
48.實施例3：
49.參照圖1、圖2、圖4和圖5，一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船，與實施例2相同，更進一步的是，第一轉桿701和第二轉桿801上均設置有等距分布的偏心凸塊9。
50.具體的，通過在第一轉桿701和第二轉桿801上設置等距分布的偏心凸塊9，使得船體1在釋放和收緊拉繩501之時，偏心凸塊9在第一轉桿701或第二轉桿801轉動時帶動船體1晃動著移動，向無人船提供縱向擺動力，避免船體1在擱淺狀態時被水底淤泥或水草卡住，便于船體1在拉繩501的拉力作用下快速移位。
51.實施例4：
52.參照圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9，一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船，與實施例3相同，更進一步的是，抓地機構包括固設在船體1上的支板10，支板10上連接有彈性伸縮桿11，彈性伸縮桿11遠離支板10的一端活動連接有滑桿12，滑桿12與彈性伸縮桿11之間設置有卡位組件，滑桿12的上下兩端均設置有限位板121，滑桿12下端的限位板121上設置有彈性元件122，彈性元件122遠離限位板121的一端與抓地爪6相連，抓地爪6滑動連接在滑桿12上。
53.進一步的，抓地爪6包括滑動連接在滑桿12上的固定架601以及設置在固定架601上的三組調節組件，三組調節組件呈圓周均勻分布在固定架601上，每組調節組件均包括相互嚙合的第五齒輪602和第六齒輪603，第五齒輪602和第六齒輪603均通過銷軸轉動連接在固定架601內，第六齒輪603上固設有勾爪604，滑桿12上開設有凹槽123，凹槽123內設置有與第五齒輪602相互嚙合的齒條板124，抓地爪6還包括固設在固定架601內的連接塊605，連接塊605與拉繩501固定相連。
54.具體的，拉繩501釋放時處于被壓縮狀態的彈性伸縮桿11恢復變長，向船體1水位較深的一側延伸并帶動滑桿12遠離船體1，使滑桿12移動至水位較深區域，隨著對拉繩501的釋放，與拉繩501相連的抓地爪6不再受到拉力，且會與滑桿12因自身重力因素下在彈性伸縮桿11遠離船體1的一端下滑，抓地爪6隨滑桿12下落后并與水底接觸，再次控制第一電機7或第二電機8運行，使第一電機7帶動轉動桿3或第二電機8帶動轉動管4反向轉動，使收卷輥5收線，對收卷輥5上的拉繩501進行收起，在此過程中，拉繩501首先會對抓地爪6作用力，滑桿12受卡位組件限制無法移動，抓地爪6在拉繩501的拉動下會上移，進而使抓地爪6上移時會在滑桿12上移動，彈性元件122被拉伸，抓地爪6上移時第五齒輪602與滑桿12上的齒條板124嚙合，使第五齒輪602轉動并與第六齒輪603嚙合，第六齒輪603帶動勾爪604向下偏轉，進而使勾爪604對水底的砂石進行插入，使得抓地爪6具備較強的抓地力，隨著繼續對拉繩501收卷，在滑桿12及抓地爪6一側固定的情況下，船體1順著拉繩501的拉力向滑桿12處移動，進而使船體1由淺水區域移動至深水區域，使無人船處于可以正常航行狀態。
55.實施例5：
56.參照圖2、圖3、圖10和圖11，一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船，與實施例4相同，更進一步的是，卡位組件包括固設在彈性伸縮桿11上的u形連板13，u形連板13內壁通過轉軸轉動連接有卡塊14，轉軸上設置有用于卡塊14旋轉復位的扭簧，卡塊14上設置有圓弧面141，滑桿12上連接有固定塊125，固定塊125與圓弧面141活動相抵。
57.進一步的，卡塊14上還設置有受力板142，船體1上設置有推桿15，推桿15與受力板142活動相抵。
58.進一步的，u形連板13兩側外壁均連接有定位板16，兩個定位板16之間固設有兩個
限位桿161，卡塊14與兩個限位桿161活動相抵。
59.具體的，拉繩501釋放時，與拉繩501相連的抓地爪6不再受到拉力，會與滑桿12因自身重力因素下在彈性伸縮桿11遠離船體1的一端下滑，在此過程中，滑桿12下移會使固定塊125對卡塊14的圓弧面141作用力，使卡塊14以轉軸為圓心進行偏轉，進而使滑桿12自由下落且不受阻擋，在無人船隨著拉繩501向滑桿12處移動時，兩者之間的距離變短，使得彈性伸縮桿11再次被壓縮，當彈性伸縮桿11被壓縮至無人船正常航行時的壓縮狀態時，船體1上的推桿15對卡塊14上的受力板142作用力，卡塊14以轉軸為圓心進行偏轉，此時卡塊14不再對滑桿12的固定塊125進行限制，使得拉繩501對抓地爪6拉扯時，抓地爪6通過彈性元件122可帶動不受限制的滑桿12上移，實現對抓地爪6的回收。
60.本發明還公開了一種用于復雜水域環境測繪防擱淺無人船的使用方法，包括以下步驟：
61.s1：當船體1遇到突發擱淺情況時，船體1由于底部及一側水位較淺出現擱淺情況，而另一側水位較深可滿足無人船航行條件，此時可根據船體1兩側水深情況，控制第一電機7或第二電機8運行，使第一電機7帶動轉動桿3或第二電機8帶動轉動管4轉動，使收卷輥5送線，對收卷輥5上的拉繩501進行釋放；
62.s2：拉繩501釋放時處于被壓縮狀態的彈性伸縮桿11恢復變長，向船體1水位較深的一側延伸并帶動滑桿12遠離船體1，使滑桿12移動至水位較深區域，隨著對拉繩501的釋放，與拉繩501相連的抓地爪6不再受到拉力，且會與滑桿12因自身重力因素下在彈性伸縮桿11遠離船體1的一端下滑，在此過程中，滑桿12下移會使固定塊125對卡塊14的圓弧面141作用力，使卡塊14以轉軸為圓心進行偏轉，進而使滑桿12自由下落且不受阻擋，隨后，抓地爪6隨滑桿12下落后并與水底接觸；
63.s3：再次控制第一電機7或第二電機8運行，使第一電機7帶動轉動桿3或第二電機8帶動轉動管4反向轉動，使收卷輥5收線，對收卷輥5上的拉繩501進行收起，在此過程中，拉繩501首先會對抓地爪6作用力，抓地爪6在拉繩501的拉動下會上移，而滑桿12由于固定塊125上移時會受到卡塊14的限制，使得滑桿12無法上移，進而使抓地爪6上移時會在滑桿12上移動，彈性元件122被拉伸，抓地爪6上移時第五齒輪602與滑桿12上的齒條板124嚙合，使第五齒輪602轉動并與第六齒輪603嚙合，第六齒輪603帶動勾爪604向下偏轉，進而使勾爪604對水底的砂石進行插入，使得抓地爪6具備較強的抓地力；
64.s4：隨著繼續對拉繩501收卷，在滑桿12及抓地爪6一側固定的情況下，船體1順著拉繩501的拉力向滑桿12處移動，進而使船體1由淺水區域移動至深水區域，使無人船處于可以正常航行狀態；
65.s5：在無人船隨著拉繩501向滑桿12處移動時，兩者之間的距離變短，使得彈性伸縮桿11再次被壓縮，當彈性伸縮桿11被壓縮至無人船正常航行時的壓縮狀態時，船體1上的推桿15對卡塊14上的受力板142作用力，卡塊14以轉軸為圓心進行偏轉，此時卡塊14不再對滑桿12的固定塊125進行限制，隨后驅動電機運行，使收卷輥5送線，釋放拉繩501對抓地爪6的拉力，抓地爪6不再受力并在彈性元件122的彈力拉動下下移，使勾爪604向上偏轉，解除勾爪604對水底的抓地力，隨后使收卷輥5對拉繩501再次收線，此時由于滑桿12上移不受限制，使得拉繩501對抓地爪6拉扯時，抓地爪6通過彈性元件122帶動滑桿12上移，實現對抓地爪6的回收。
66.以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。