一种搭载机器人的无人游船的制作方法

本发明涉及机器人系统，尤其是一种搭载机器人的无人游船。

背景技术：

无人船是一种可以无需遥控,借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人,英文缩写为usv。国内外许多企业大力投入无人船的研制，充分发挥无人船低成本、无随船人员、低风险的优势，最大化体现水域机器人的价值。

游船分布在江河、湖泊、海湾各处景区，作为运输工具为游客享受水域风景提供服务，巡游路线较为固定，对船体平稳安全性要求较高。近年无人游船成为研究热点越来越普及，无人游船作为水域机器人，在水域自主航行和完全避障方面有较好的优势，但是并没有为乘客提供交互式导游和服务功能，尤其是水域风浪晃动对小型游船影响较大，不利于搭载自动化设备，整体智能程度有待提高。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：通过一种搭载机器人的无人游船将机器人与无人游船融为一体，解决无人游船无法为机器人充电及保证其稳固性问题，通过机器人自动化服务提升无人游船智能化水平。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：一种搭载机器人的无人游船，其船体下端设置有控制舱，控制舱上端为敞篷的载客舱，载客舱上面设置用于遮风挡雨的船顶。

在所述载客舱中设置机器人，所述无人游船的控制舱设置有主控制系统、主通讯系统和主电源系统，所述机器人的内部设置有子控制系统、子通讯系统和子电源系统，所述主控制系统通过主通讯系统和子通讯系统间建立的通讯通道实现对子控制系统的监控，从而实现无人船对机器人的监控；所述主电源系统和子电源系统中均设置有充电系统和蓄电池，所述主电源系统为无人游船设备提供电源，所述子电源系统为机器人设备提供电源。

优选的，所述载客舱中设置一套引导机器人移动的导轨，导轨上可设置多个机器人；所述导轨的两侧开设电源线槽，在电源线槽的正面设置相互绝缘的电源接片，所述电源接片的内侧通过导线与主电源系统连接，电源接片的外侧与子电源系统的电源接口滑动式相连，从而建立主电源系统给子电源系统的供电通道。

优选的，所述机器人下部为底座，所述底座内部开设动力舱，所述底座底端中心设置有动力孔，底座底端两侧设置有滚珠槽。

优选的，所述机器人还包括子动力系统；所述子动力系统包括直流电机、滚动齿轮、滑滚珠、导向轮和限位销；所述子控制系统与子动力系统相连并监控子动力系统的运行工况。

优选的，所述直流电机安装于动力舱内部，其输出轴配置有输出齿轮；所述滚动齿轮可旋转地安装在动力孔中，其一侧与输出齿轮配套啮合，另一侧漏在底座外部；所述滑滚珠配套地嵌在滚珠槽中并部分漏在底座外部，每个滚珠槽至少设置一个滑滚珠；所述底座底部的中端两侧设置吊装孔，所述导向轮可旋转的吊装于吊装孔中，导向轮将底座顶起的高度与所述导轨高度配套；每个导向轮内侧设置一个限位销；所述限位销顶端设置一个弹性电刷片作为子电源系统的电源接口，电刷片内侧与子电源系统中的充电器相连，外侧紧贴在电源接片上从而实现主电源系统和子电源系统的连接，无人游船主电源系统中的蓄电池通过电源接片、电刷片给机器人子电源系统中的蓄电池充电；所述电刷片的顶面为两端带圆弧形触点的凹凸面，当机器人沿着导轨转弯时，弯道内侧电刷片被电源接片挤压变形的同时引导导向轮转向，限位销抵住电刷片为机器人提供横向扶持力保持机器人仅沿导轨移动。

优选的，所述电源线槽的上侧面与限位销相切，能压住限位销从而阻挡机器人向上跳动或者横向翻倒，具体为，所述限位销为与所述电源线槽的上侧面相切的轴承。

优选的，所述导轨的顶部与所述滑滚珠相切，所述导向轮和滑滚珠共同分担机器人重量；导轨的顶部埋设齿轮轨道，齿轮轨道的具体位置与机器人底座沿着导轨运动时滚动齿轮形成的行程轨迹一致，齿轮轨道反向作用于滚动齿轮产生机器人前进的推力。

优选的，所述导轨为围绕船舷的环形导轨，在环形导轨的内环甲板上设置桌椅，机器人在轨道上围绕桌椅移动从而为乘客提供物品递送服务。

优选的，所述桌椅上设置有按钮和/或操作屏，所述主控制系统与按钮和/或操作屏连接，监控按钮和/或操作屏的运行工况，当乘客按下按钮或操控操作屏时，主控制系统识别乘客需求产生主指令，通过主通讯系统将主指令发送给子通讯系统，子通讯系统转发主指令给子控制系统，子控制系统解析主指令形成子指令，驱动机器人完成服务。

优选的，所述机器人还包括拾音器、喇叭、显示屏，所述子控制系统与拾音器、喇叭和显示屏连接，监控拾音器、喇叭和显示屏的运行工况，机器人在子控制系统的驱动下，通过喇叭播放导游信息，并通过显示屏展示导游影像，还可以通过拾音器接收乘客语音指令，配合喇叭完成实时对话。

优选的，所述机器人还包括储物柜可摆放物品，当机器人运动到指定位置时，即为距离乘客最近的地点，乘客坐在桌椅上只需转身伸手即可从储物柜拿到所需物品。

优选的，所述主通讯系统包括蓝牙设备、和/或zigbee通讯设备、和/或nfc通讯设备、和/或数字电台、和/或宽度电台；所述子通讯系统包括蓝牙设备、和/或zigbee通讯设备、和/或nfc通讯设备；其中蓝牙设备、zigbee通讯设备、通讯设备则为无人游船和机器人之间通讯建立通讯通道；而数字电台和宽带电台为无人船与监控中心通讯建立通讯通道。

优选的，所述无人游船还包括防撞护舷、主动力系统、导航系统和避障系统，所述主控制系统与主动力系统、导航系统和避障系统相连并监控主动力系统、导航系统和避障系统的运行工况。

优选的，所述主动力系统包括安装于船底的多套电动桨，所述电动浆包括转向器、挂轴、动力电机和螺旋桨，所述转向器设置于控制舱内，提供旋转动力，实现无人游船转向；所述挂轴通过轴承贯穿的安装于船底中轴线上，一端通过传动齿轮与转向器的输出轴相连，另一端固定连接在动力电机顶部，挂住动力电机并传导转向器的旋转力矩；所述螺旋桨固定在动力电机的输出轴上，为无人游船提供划水动力。

优选的，所述导航系统包括：惯导系统和北斗电台中，其中惯导系统配套设置有惯导主天线和惯导副天线，北斗电台配套设置有电台天线，惯导主天线、惯导副天线和电台天线均安装在船顶上；所述惯导系统和北斗电台的处理器安装于控制舱中，惯导主天线和惯导副天线通过导线与惯导系统的处理器相连，电台天线通过导线与北斗电台的处理器相连；所述北斗电台具备短报文通信能力；所述导航系统获取无人游船定位信息并经由主通讯系统发送给监控中心。

优选的，所述避障系统包括毫米波雷达和激光雷达；所述毫米波雷达安装于船顶上；所述激光雷达设置两个，对称安装于船头和船尾护栏上；所述毫米波雷达为主控制系统提供长距离大范围扫描信息，所述激光雷达为主控制系统提供短距离小范围扫描信息，所述激光雷达辅助主控制系统精确控制无人游船进入可停泊水道，并停在指定位置。

本发明相比现有技术具有以下优点。

1、通过搭载机器人提高无人游船智能服务水平，并通过在桌椅上设置按钮或操控屏，为乘客提供操控机器人的交互接口。

2、通过导轨和齿轮轨道为机器人的运动提供渠道，并通过导轨和限位销的配合，为机器人提供支撑力和横向约束力，减少机器人跳动和横倒幅度，使机器人与无人游船结合为一体，提高整体结构稳定性。

3、通过导向轮和滑滚珠支撑机器人的重量，极大减小机器人移动和转弯时的摩擦力。

4、通过导轨系统将无人游船的主电源系统与机器人子电源系统连接起来，使机器人获取作业所需的能源。

5、所述导轨能够承载多台机器人，能适应不同尺寸的无人游船，大型无人游船可按需摆放导轨，并设置多台机器人从而满足大面积的服务需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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为本发明实施例中无人游船搭载机器人时工作状态图。

图2为本发明实施例中无人游船搭载机器人时去掉顶棚后的立体图。

图3为本发明实施例中主控制系统和子控制系统组成结构图。

图4为本发明实施例中无人游船去掉顶棚后剖视立体图。

图5为本发明实施例中图4中a处局部放大立体图。

图6为本发明实施例中机器人和齿轮轨道孤立时立体图。

图7为本发明实施例中机器人孤立时立体图。

图8为本发明实施例中机器人孤立时剖视底座仰视立体图。

图9为本发明实施例中机器人孤立时剖视底座俯视立体图。

图10为本发明实施例中机器人孤立时剖视底座无设备的立体图。

图11为本发明实施例中机器人的导向轮孤立时立体图。

图12为本发明实施例中机器人的直流电机、滚动齿轮和输出齿轮孤立时立体图。

图中：1-船体；2-机器人；3-导轨；4-桌椅；10-主控制系统；11-主通讯系统；12-主电源系统；13-主动力系统；14-导航系统；15-避障系统；16-子控制系统；17-子通讯系统；18-子电源系统；19-子动力系统；101-控制舱；102-载客舱；103-船顶；104-护舷；201-底座；202-动力舱；203-动力孔；204-滚珠槽；205-拾音器；206-喇叭；207-显示屏；208-储物柜；209-吊装孔；301-电源接片；302-齿轮轨道；303-电源线槽；401-按钮；402-操作屏；191-直流电机；192-滚动齿轮；193-滑滚珠；194-导向轮；195-限位销；196-电刷片；197-输出齿轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

如图1-12所示，一种搭载机器人的无人游船，其船体1下端设置有控制舱101，控制舱101上端为敞篷的载客舱102，载客舱102上面设置用于遮风挡雨的船顶103，船顶103还可以搭载设备；在船体1外侧最突出的侧面设置有防撞护舷104。

在所述载客舱102中设置机器人2，所述无人游船的控制舱101设置有主控制系统10、主通讯系统11和主电源系统12，所述机器人2的内部设置有子控制系统16、子通讯系统17和子电源系统18，所述主控制系统10通过主通讯系统11和子通讯系统17间建立的通讯通道实现对子控制系统16的监控，从而实现无人船对机器人2的监控；所述主电源系统12和子电源系统18中均设置有充电系统和蓄电池，所述主电源系统12的蓄电池为无人游船设备提供电源，所述子电源系统18的蓄电池为机器人2设备提供电源，其中主控制系统10和子控制系统16均为以sim32f系列cpu处理器为核心组成的控制箱。

本实施例中，每个机器人2整体身高为110cm，所述机器人2最下端为底座201、底座201内部设置动力舱202，底座201上部设置两个储物柜208，储物柜208上端为机器人2的控制器舱，控制器舱上部设置显示屏207，前端设置拾音器205，左右两侧各设置一个喇叭206。

本实施例中，所述载客舱102中设置一套引导机器人2移动的导轨3，导轨3围绕船弦内侧一周形成一个封闭的带圆角的长方形，长边长715cm、短边长315cm、转角处半径为67.5cm、导轨3面宽15cm、轨道高6cm，导轨3上共设置两个机器人2；所述导轨3的两侧中端对称开设相同电源线槽303，宽2cm、深7mm，在电源线槽303的正面设置相互绝缘的电源接片301宽2cm、厚2mm，所述电源接片301的内侧通过导线与主电源系统12的蓄电池连接，电源接片301的外侧与子电源系统18的电源接口滑动式相连，从而建立主电源系统12给子电源系统18的供电通道。

本实施例中，所述机器人2下部为底座201，所述底座201内部开设动力舱202，所述底座201底端中心设置有动力孔203，长5cm、宽3cm，底座201底端两侧设置有滚珠槽204长2cm，槽截面为直径1cm的圆，被底座201底部切去深度为5mm的弦。

本实施例中，所述机器人2包括子动力系统19；所述子动力系统19包括直流电机191、滚动齿轮192直径5cm、长3cm、滑滚珠193直径1cm、导向轮194直径4cm、宽度1.5cm、限位销195；所述子控制系统16与子动力系统19相连并监控子动力系统19的运行工况。

本实施例中，所述直流电机191安装于动力舱202内部，其输出轴配置有输出齿轮197，直径5cm、长1cm，输出齿轮197的齿与滚动齿轮192上的齿规格相同；所述滚动齿轮192可旋转地安装在动力孔203中，其一侧与输出齿轮197配套啮合，另一侧漏在底座201外部，外露深度为1cm；所述滑滚珠193配套地嵌在滚珠槽204中，最低点与底座201底部平面距离为5mm，每个滚珠槽204设置两个相切滑滚珠193；所述底座201底部的中端两侧设置吊装孔209直径2.5cm，所述导向轮194可旋转的吊装于吊装孔209中；每个导向轮194内侧设置一个限位销195；所述限位销195顶端设置一个弹性电刷片196作为子电源系统18的电源接口，电刷片196长3cm、宽1cm、厚5mm，其顶面裁剪为两端带圆弧形触点的凹凸面，电刷片196内侧与子电源系统18中的充电器相连，外侧紧贴在电源接片301上从而实现主电源系统12和子电源系统18的连接，具体为，无人游船主电源系统12中的蓄电池通过导线与电源接片301连接，所述电刷片196紧贴在电源接片301上，电刷片196通过导线与机器人2子电源系统18中的充电器相连，所述机器人2子电源系统18中的充电器给机器人2子电源系统18中的蓄电池充电；当机器人2沿着导轨3转弯时，弯道内侧电刷片196被电源接片301挤压时，两端外凸点向下变形从而适应电源线槽303的弧面，同时电刷片196引导导向轮194转向，限位销195抵住电刷片196为机器人2提供横向扶持力保持机器人2仅沿导轨3移动。

本实施例中，所述限位销195上同心地设置一个直径为2cm的轴承，所述电源线槽303的侧面与轴承外环相切，电源线槽303压住限位销195从而阻挡机器人2向上跳动或者横向翻倒。

本实施例中，所述导轨3的顶部与所述滑滚珠193相切，，导向轮194将底座201顶起的高度为6.5cm，等于导轨3高度和滑滚珠193外漏部分高度之和，当机器人2水平停放在导轨3上时，使导向轮194和滑滚珠193共同承担机器人2的重量；导轨3的顶部埋设齿轮轨道302，宽4cm、深8mm，齿轮轨道302的具体位置与机器人2底座201沿着导轨3运动时滚动齿轮192形成的行程轨迹一致，即导轨3顶面的中间地带，齿轮轨道302与滚动齿轮192啮合深度为5mm，滚动齿轮192滚动式挤压齿轮轨道302，齿轮轨道302反向推动滚动齿轮192使机器人2，机器人2导向轮194转动，滑滚珠193在导轨3上端面滚动，使机器人2沿着齿轮轨道302前进。

本实施例中，所述导轨3的内环甲板上设置桌椅4，机器人2在轨道上围绕桌椅4移动从而为乘客提供物品递送服务，具体为中间为一个椭圆形桌面的桌子，两端为弧形沙发，两侧为长方形沙发，在弧形沙发和长方形沙发之间设置通道。

本实施例中，在上述沙发上均匀布置二十四给按钮401，在桌子上设置四个操作屏402，所述主控制系统10与按钮401和/或操作屏402连接，监控按钮401和/或操作屏402的运行工况，当乘客按下按钮401或操控操作屏402时，主控制系统10识别乘客需求产生主指令，通过主通讯系统11将主指令发送给子通讯系统17，子通讯系统17转发主指令给子控制系统16，子控制系统16解析主指令形成子指令，驱动机器人2完成服务。

本实施例中，所述机器人2的子控制系统16与拾音器205、喇叭206和显示屏207连接，监控拾音器205、喇叭206和显示屏207的运行工况，所述子控制系统16存储旅游信息，无人游船主控制系统10可的驱动子控制系统16，进而激活喇叭206播放对应地点的导游信息，也可激活显示屏207展示导游影像，机器人2可以通过拾音器205接收乘客语音信息，语音信息发送给子控制系统16转化为语音指令，子控制系统16根据语音指令内容驱动机器人2完成对应服务需求，并配合喇叭206完成实时对话。

本实施例中，所述机器人2上的储物柜208摆放食物玩具等物品，当乘客按下按钮401或在操作屏402上选定所需物品，主控制系统10识别乘客需求，通过主通讯系统11给机器人2下发运动指令，子通讯系统17接收到主通讯系统11的信息并转发给子控制系统16，子控制系统16驱动子动力系统19将机器人2运行到指定位置，即距离乘客最近的地点，乘客坐在桌椅4上只需转身伸手即可从储物柜208拿到所需物品。

本实施例中，所述主通讯系统11包括蓝牙设备、zigbee通讯设备、nfc通讯设备、数字电台和宽度电台；所述子通讯系统17包括蓝牙设备、zigbee通讯设备、nfc通讯设备；其中蓝牙设备、zigbee通讯设备、通讯设备为无人游船和机器人2之间建立无线通讯通道；而数字电台和宽带电台为无人船与监控中心建立无线通讯通道。

本实施例中，所述无人游船还包括主动力系统13、导航系统14和避障系统15，所述主控制系统10与主动力系统13、导航系统14和避障系统15相连并监控主动力系统13、导航系统14和避障系统15的运行工况。

本实施例中，所述主动力系统13包括安装于船底的多套电动桨，所述电动浆包括转向器、挂轴、动力电机和螺旋桨，所述转向器设置于控制舱101内，提供旋转动力，实现无人游船转向；所述挂轴通过轴承贯穿的安装于船底中轴线上，一端通过传动齿轮与转向器的输出轴相连，另一端固定连接在动力电机顶部，挂住动力电机并传导转向器的旋转力矩；所述螺旋桨固定在动力电机的输出轴上，为无人游船提供划水动力。

本实施例中，所述导航系统14包括：惯导系统和北斗电台中，其中惯导系统配套设置有惯导主天线和惯导副天线，北斗电台配套设置有电台天线，惯导主天线、惯导副天线和电台天线均安装在船顶103上；所述惯导系统和北斗电台的处理器安装于控制舱101中，惯导主天线和惯导副天线通过导线与惯导系统的处理器相连，电台天线通过导线与北斗电台的处理器相连；所述北斗电台具备短报文通信能力；所述导航系统14获取无人游船定位信息并经由主通讯系统11发送给监控中心。

本实施例中，所述避障系统15包括毫米波雷达和激光雷达；所述毫米波雷达安装于船顶103上；所述激光雷达设置两个，对称安装于船头和船尾护栏上；所述毫米波雷达为主控制系统10提供长距离大范围扫描信息，所述激光雷达为主控制系统10提供短距离小范围扫描信息，所述激光雷达辅助主控制系统10精确控制无人游船进入可停泊水道，并停在指定位置。

机器人2响应按钮401或操作屏402为乘客提供导游服务或物品的步骤如下。

步骤一：无人游船的主控制系统10接收乘客操控指令或通过主通讯系统11接收监控中心指令，驱动主动力系统13动作，配合导航系统14和避障系统15，沿着指定路线自主/安全航行。

步骤二：乘客按下按钮401生产取物指令，或乘客通过操作屏402下发需要服务的指令。

步骤三：按钮401或操作屏402将操作信息传送给主控制系统10。

步骤四：主控制系统10解析按钮401或操作屏402的操作信息生成主指令，并转发给主通讯系统11，如蓝牙通信设备。

步骤五：主通讯系统11将主指令转发给子通讯系统17。

步骤六：子通讯系统17接收到主指令后转发给子控制系统16。

步骤七：子控制系统16解析主指令，生成子指令，并驱动子动力系统19动作。

步骤八：子动力系统19驱动机器人2运动到指定地点，通过喇叭206语言提示乘客领取物品，或通过喇叭206播放导游信息并通过显示屏207播放导游影像。

步骤九：乘客配合转身领取物品，听取或阅读本次导游信息，机器人2通过乘客语音信息或设置延时判定完成本次服务。

机器人2通过语音为乘客提供导游服务或物品的步骤如下。

步骤一：无人游船的主控制系统10接收乘客操控指令或通过主通讯系统11接收监控中心指令，驱动主动力系统13动作，配合导航系统14和避障系统15，沿着指定路线自主/安全航行。

步骤二：乘客向机器人2喊话，机器人2通过拾音器205收集乘客喊话并转发给子控制系统16。

步骤三：子控制系统16解析喊话内容，生成子指令。

步骤四：子控制系统16根据子指令内容驱动子动力系统19动作。

步骤五：子动力系统19驱动机器人2运动到指定地点，通过喇叭206语言提示乘客领取物品，或通过喇叭206播放导游信息并通过显示屏207播放导游影像。

步骤六：乘客配合转身领取物品，听取或阅读本次导游信息，机器人2通过乘客语音信息或设置延时判定完成本次服务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。