一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法与流程

1.本发明涉及无人船技术领域，尤其涉及一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法。


背景技术：

2.随着人们对海洋、湖泊、水库等水域研究和保护的意识增强，人们开始对其进行调查和探测，作为调查和探测方式，通常包括利用船舶将调查和探测人员运输至特定水域进行调查，此时调查和探测人员到达特殊水域后利用携带的探测设备和传感设备adcp等进行探测，即利用有人的船舶进行调查，但这通常只是在特定的时期进行调查，因为需要较大参与人员，因此，通常这种调查人力成本和经济成本比较高，通常不能维持全天候、不间断的调查和探测，通常只能偶尔进行派员调查；另外一种方式，也是现有技术中应用比较多的方式，即利用无人船装载着探测和传感设备，利用智能化设备和无线通信技术，实现远程无人控制。
3.无人船体量较小并且机动性强，目前已广泛应用于浅滩、湖泊等区域的测绘、采样和监测。无人船经常工作于地形变化剧烈、水环境复杂的航线中。例如，无人船航行区域包括基岩质海岸、河口沙坝和水库边坡等。然而，无人船航行区域中波浪破碎且乱流强。无人船航迹往往较难控制，容易出现船底部与水底或岸边接触并且无法移动的问题，即无人船容易搁浅。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船，包括船体，所述船体两侧外壁均连接有侧板，两个所述侧板之间转动连接有转动杆，所述转动杆外壁套接有转动管，所述船体上设置有用于驱动转动杆和转动管旋转的驱动机构，所述转动杆和转动管上均套接有收卷辊，所述收卷辊上缠绕有拉绳，所述拉绳远离收卷辊的一端连接有用于定位的抓地爪，所述船体上设置有用于驱动抓地爪工作的抓地机构，所述驱动机构通过拉绳驱动抓地机构工作。
7.优选的，所述驱动机构包括用于驱动转动杆旋转的第一驱动组件和用于驱动转动管旋转的第二驱动组件，所述第一驱动组件包括固设在侧板上的第一电机，所述第一电机的输出端连接有第一转杆，所述第一转杆转动连接在两个侧板之间，所述第一转杆上设置有第一齿轮，所述转动杆上设置有与第一齿轮相互啮合的第二齿轮。
8.优选的，所述第二驱动组件包括固设在侧板上的第二电机，所述第二电机的输出端连接有第二转杆，所述第二转杆转动连接在两个侧板之间，所述第二转杆上设置有第三齿轮，所述转动管上设置有与第三齿轮相互啮合的第四齿轮。
9.优选的，所述第一转杆和第二转杆上均设置有等距分布的偏心凸块。
10.优选的，所述抓地机构包括固设在船体上的支板，所述支板上连接有弹性伸缩杆，所述弹性伸缩杆远离支板的一端活动连接有滑杆，所述滑杆与弹性伸缩杆之间设置有卡位组件，所述滑杆的上下两端均设置有限位板，所述滑杆下端的限位板上设置有弹性元件，所述弹性元件远离限位板的一端与抓地爪相连，所述抓地爪滑动连接在滑杆上。
11.优选的，所述抓地爪包括滑动连接在滑杆上的固定架以及设置在固定架上的三组调节组件，三组所述调节组件呈圆周均匀分布在固定架上，每组所述调节组件均包括相互啮合的第五齿轮和第六齿轮，所述第五齿轮和第六齿轮均通过销轴转动连接在固定架内，所述第六齿轮上固设有勾爪，所述滑杆上开设有凹槽，所述凹槽内设置有与第五齿轮相互啮合的齿条板，所述抓地爪还包括固设在固定架内的连接块，所述连接块与拉绳固定相连。
12.优选的，所述卡位组件包括固设在弹性伸缩杆上的u形连板，所述u形连板内壁通过转轴转动连接有卡块，所述转轴上设置有用于卡块旋转复位的扭簧，所述卡块上设置有圆弧面，所述滑杆上连接有固定块，所述固定块与圆弧面活动相抵。
13.优选的，所述卡块上还设置有受力板，所述船体上设置有推杆，所述推杆与受力板活动相抵。
14.优选的，所述u形连板两侧外壁均连接有定位板，两个所述定位板之间固设有两个限位杆，所述卡块与两个所述限位杆活动相抵。
15.本发明还公开了一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船的使用方法，包括以下步骤：
16.s1：当船体遇到突发搁浅情况时，船体由于底部及一侧水位较浅出现搁浅情况，而另一侧水位较深可满足无人船航行条件，此时可根据船体两侧水深情况，控制第一电机或第二电机运行，使第一电机带动转动杆或第二电机带动转动管转动，使收卷辊送线，对收卷辊上的拉绳进行释放；
17.s2：拉绳释放时处于被压缩状态的弹性伸缩杆恢复变长，向船体水位较深的一侧延伸并带动滑杆远离船体，使滑杆移动至水位较深区域，随着对拉绳的释放，与拉绳相连的抓地爪不再受到拉力，且会与滑杆因自身重力因素下在弹性伸缩杆远离船体的一端下滑，在此过程中，滑杆下移会使固定块对卡块的圆弧面作用力，使卡块以转轴为圆心进行偏转，进而使滑杆自由下落且不受阻挡，随后，抓地爪随滑杆下落后并与水底接触；
18.s3：再次控制第一电机或第二电机运行，使第一电机带动转动杆或第二电机带动转动管反向转动，使收卷辊收线，对收卷辊上的拉绳进行收起，在此过程中，拉绳首先会对抓地爪作用力，抓地爪在拉绳的拉动下会上移，而滑杆由于固定块上移时会受到卡块的限制，使得滑杆无法上移，进而使抓地爪上移时会在滑杆上移动，弹性元件被拉伸，抓地爪上移时第五齿轮与滑杆上的齿条板啮合，使第五齿轮转动并与第六齿轮啮合，第六齿轮带动勾爪向下偏转，进而使勾爪对水底的砂石进行插入，使得抓地爪具备较强的抓地力；
19.s4：随着继续对拉绳收卷，在滑杆及抓地爪一侧固定的情况下，船体顺着拉绳的拉力向滑杆处移动，进而使船体由浅水区域移动至深水区域，使无人船处于可以正常航行状态；
20.s5：在无人船随着拉绳向滑杆处移动时，两者之间的距离变短，使得弹性伸缩杆再次被压缩，当弹性伸缩杆被压缩至无人船正常航行时的压缩状态时，船体上的推杆对卡块
上的受力板作用力，卡块以转轴为圆心进行偏转，此时卡块不再对滑杆的固定块进行限制，随后驱动电机运行，使收卷辊送线，释放拉绳对抓地爪的拉力，抓地爪不再受力并在弹性元件的弹力拉动下下移，使勾爪向上偏转，解除勾爪对水底的抓地力，随后使收卷辊对拉绳再次收线，此时由于滑杆上移不受限制，使得拉绳对抓地爪拉扯时，抓地爪通过弹性元件带动滑杆上移，实现对抓地爪的回收。
21.与现有技术相比，本发明提供了一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法，具备以下有益效果：
22.1、该用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法，通过拉绳与抓地爪相配合，使无人船快速脱离搁浅状态，使得无人船防搁浅能力强，适用于复杂水域的环境测绘工作。
23.2、该用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法，通过抓地机构驱动抓地爪嵌入水底，使抓地爪具备较强的抓地力，使得对拉绳进行收卷时，船体顺着拉绳的拉力向滑杆及抓地爪处移动，进而使船体由浅水区域移动至深水区域，使无人船处于可以正常航行状态。
24.3、该用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法，通过将无人船拉至滑杆处，使无人船处于正常航行状态后，弹性伸缩杆会被压缩至无人船正常航行时的压缩状态，船体上的推杆对卡块上的受力板作用力，卡块以转轴为圆心进行偏转，此时卡块不再对滑杆的固定块进行限制，随后驱动电机运行，使收卷辊送线，释放拉绳对抓地爪的拉力，抓地爪不再受力并在弹性元件的弹力拉动下下移，使勾爪向上偏转，解除勾爪对水底的抓地力，随后使收卷辊对拉绳再次收线，此时由于滑杆上移不受限制，使得拉绳对抓地爪拉扯时，抓地爪通过弹性元件带动滑杆上移，实现对抓地爪的回收，便于抓地爪下次搁浅时进行动作。
25.4、该用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法，通过在第一转杆和第二转杆上设置等距分布的偏心凸块，使得船体在释放和收紧拉绳之时，偏心凸块带动船体晃动着移动，向无人船提供纵向摆动力，避免船体在搁浅状态时与水底淤泥卡住，便于船体在拉绳的拉力作用下快速移位。
26.5、该用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船及其使用方法，通过在船体两侧均设置有抓地机构和抓地爪，使船体适用范围广，提高无人船的防搁浅能力。
附图说明
27.图1为本发明的结构示意图一；
28.图2为本发明的结构示意图二；
29.图3为本发明的图2中a部局部放大示意图；
30.图4为本发明的部分剖面结构示意图；
31.图5为本发明的驱动机构的结构示意图；
32.图6为本发明的抓地机构的结构示意图；
33.图7为本发明的图6中b部局部放大示意图；
34.图8为本发明的抓地爪与滑杆的结构示意图；
35.图9为本发明的抓地爪的结构示意图；
36.图10为本发明的卡块未受力时的结构示意图；
37.图11为本发明的卡块受力时的结构示意图。
38.图中：1、船体；2、侧板；3、转动杆；4、转动管；5、收卷辊；501、拉绳；6、抓地爪；601、固定架；602、第五齿轮；603、第六齿轮；604、勾爪；605、连接块；7、第一电机；701、第一转杆；7011、第一齿轮；7012、第二齿轮；8、第二电机；801、第二转杆；8011、第三齿轮；8012、第四齿轮；9、偏心凸块；10、支板；11、弹性伸缩杆；12、滑杆；121、限位板；122、弹性元件；123、凹槽；124、齿条板；125、固定块；13、u形连板；14、卡块；141、圆弧面；142、受力板；15、推杆；16、定位板；161、限位杆。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.实施例1：
42.参照图1、图2、图4、图8和图9，一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船，包括船体1，船体1两侧外壁均连接有侧板2，两个侧板2之间转动连接有转动杆3，转动杆3外壁套接有转动管4，船体1上设置有用于驱动转动杆3和转动管4旋转的驱动机构，转动杆3和转动管4上均套接有收卷辊5，收卷辊5上缠绕有拉绳501，拉绳501远离收卷辊5的一端连接有用于定位的抓地爪6，船体1上设置有用于驱动抓地爪6工作的抓地机构，驱动机构通过拉绳501驱动抓地机构工作。
43.具体的，无人船在水域环境测绘时搁浅，通过驱动机构带动收卷辊5对拉绳501进行送线及收线，使抓地机构工作并驱动抓地爪6对水底进行抓地，配合拉绳501使无人船快速脱离搁浅状态，使得无人船防搁浅能力强，适用于复杂水域的环境测绘工作。
44.实施例2：
45.参照图1、图4和图5，一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船，与实施例1相同，更进一步的是，驱动机构包括用于驱动转动杆3旋转的第一驱动组件和用于驱动转动管4旋转的第二驱动组件，第一驱动组件包括固设在侧板2上的第一电机7，第一电机7的输出端连接有第一转杆701，第一转杆701转动连接在两个侧板2之间，第一转杆701上设置有第一齿轮7011，转动杆3上设置有与第一齿轮7011相互啮合的第二齿轮7012。
46.进一步的，第二驱动组件包括固设在侧板2上的第二电机8，第二电机8的输出端连接有第二转杆801，第二转杆801转动连接在两个侧板2之间，第二转杆801上设置有第三齿轮8011，转动管4上设置有与第三齿轮8011相互啮合的第四齿轮8012。
47.具体的，通过控制第一电机7或第二电机8运行，使第一转杆701上的第一齿轮7011与转动杆3上的第二齿轮7012啮合或第二转杆801上的第三齿轮8011与转动管4上的第四齿轮8012啮合，使转动杆3或转动管4转动，进而使收卷辊5送线，对收卷辊5上的拉绳501进行释放或收卷。
48.实施例3：
49.参照图1、图2、图4和图5，一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船，与实施例2相同，更进一步的是，第一转杆701和第二转杆801上均设置有等距分布的偏心凸块9。
50.具体的，通过在第一转杆701和第二转杆801上设置等距分布的偏心凸块9，使得船体1在释放和收紧拉绳501之时，偏心凸块9在第一转杆701或第二转杆801转动时带动船体1晃动着移动，向无人船提供纵向摆动力，避免船体1在搁浅状态时被水底淤泥或水草卡住，便于船体1在拉绳501的拉力作用下快速移位。
51.实施例4：
52.参照图4、图5、图6、图7、图8和图9，一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船，与实施例3相同，更进一步的是，抓地机构包括固设在船体1上的支板10，支板10上连接有弹性伸缩杆11，弹性伸缩杆11远离支板10的一端活动连接有滑杆12，滑杆12与弹性伸缩杆11之间设置有卡位组件，滑杆12的上下两端均设置有限位板121，滑杆12下端的限位板121上设置有弹性元件122，弹性元件122远离限位板121的一端与抓地爪6相连，抓地爪6滑动连接在滑杆12上。
53.进一步的，抓地爪6包括滑动连接在滑杆12上的固定架601以及设置在固定架601上的三组调节组件，三组调节组件呈圆周均匀分布在固定架601上，每组调节组件均包括相互啮合的第五齿轮602和第六齿轮603，第五齿轮602和第六齿轮603均通过销轴转动连接在固定架601内，第六齿轮603上固设有勾爪604，滑杆12上开设有凹槽123，凹槽123内设置有与第五齿轮602相互啮合的齿条板124，抓地爪6还包括固设在固定架601内的连接块605，连接块605与拉绳501固定相连。
54.具体的，拉绳501释放时处于被压缩状态的弹性伸缩杆11恢复变长，向船体1水位较深的一侧延伸并带动滑杆12远离船体1，使滑杆12移动至水位较深区域，随着对拉绳501的释放，与拉绳501相连的抓地爪6不再受到拉力，且会与滑杆12因自身重力因素下在弹性伸缩杆11远离船体1的一端下滑，抓地爪6随滑杆12下落后并与水底接触，再次控制第一电机7或第二电机8运行，使第一电机7带动转动杆3或第二电机8带动转动管4反向转动，使收卷辊5收线，对收卷辊5上的拉绳501进行收起，在此过程中，拉绳501首先会对抓地爪6作用力，滑杆12受卡位组件限制无法移动，抓地爪6在拉绳501的拉动下会上移，进而使抓地爪6上移时会在滑杆12上移动，弹性元件122被拉伸，抓地爪6上移时第五齿轮602与滑杆12上的齿条板124啮合，使第五齿轮602转动并与第六齿轮603啮合，第六齿轮603带动勾爪604向下偏转，进而使勾爪604对水底的砂石进行插入，使得抓地爪6具备较强的抓地力，随着继续对拉绳501收卷，在滑杆12及抓地爪6一侧固定的情况下，船体1顺着拉绳501的拉力向滑杆12处移动，进而使船体1由浅水区域移动至深水区域，使无人船处于可以正常航行状态。
55.实施例5：
56.参照图2、图3、图10和图11，一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船，与实施例4相同，更进一步的是，卡位组件包括固设在弹性伸缩杆11上的u形连板13，u形连板13内壁通过转轴转动连接有卡块14，转轴上设置有用于卡块14旋转复位的扭簧，卡块14上设置有圆弧面141，滑杆12上连接有固定块125，固定块125与圆弧面141活动相抵。
57.进一步的，卡块14上还设置有受力板142，船体1上设置有推杆15，推杆15与受力板142活动相抵。
58.进一步的，u形连板13两侧外壁均连接有定位板16，两个定位板16之间固设有两个
限位杆161，卡块14与两个限位杆161活动相抵。
59.具体的，拉绳501释放时，与拉绳501相连的抓地爪6不再受到拉力，会与滑杆12因自身重力因素下在弹性伸缩杆11远离船体1的一端下滑，在此过程中，滑杆12下移会使固定块125对卡块14的圆弧面141作用力，使卡块14以转轴为圆心进行偏转，进而使滑杆12自由下落且不受阻挡，在无人船随着拉绳501向滑杆12处移动时，两者之间的距离变短，使得弹性伸缩杆11再次被压缩，当弹性伸缩杆11被压缩至无人船正常航行时的压缩状态时，船体1上的推杆15对卡块14上的受力板142作用力，卡块14以转轴为圆心进行偏转，此时卡块14不再对滑杆12的固定块125进行限制，使得拉绳501对抓地爪6拉扯时，抓地爪6通过弹性元件122可带动不受限制的滑杆12上移，实现对抓地爪6的回收。
60.本发明还公开了一种用于复杂水域环境测绘防搁浅无人船的使用方法，包括以下步骤：
61.s1：当船体1遇到突发搁浅情况时，船体1由于底部及一侧水位较浅出现搁浅情况，而另一侧水位较深可满足无人船航行条件，此时可根据船体1两侧水深情况，控制第一电机7或第二电机8运行，使第一电机7带动转动杆3或第二电机8带动转动管4转动，使收卷辊5送线，对收卷辊5上的拉绳501进行释放；
62.s2：拉绳501释放时处于被压缩状态的弹性伸缩杆11恢复变长，向船体1水位较深的一侧延伸并带动滑杆12远离船体1，使滑杆12移动至水位较深区域，随着对拉绳501的释放，与拉绳501相连的抓地爪6不再受到拉力，且会与滑杆12因自身重力因素下在弹性伸缩杆11远离船体1的一端下滑，在此过程中，滑杆12下移会使固定块125对卡块14的圆弧面141作用力，使卡块14以转轴为圆心进行偏转，进而使滑杆12自由下落且不受阻挡，随后，抓地爪6随滑杆12下落后并与水底接触；
63.s3：再次控制第一电机7或第二电机8运行，使第一电机7带动转动杆3或第二电机8带动转动管4反向转动，使收卷辊5收线，对收卷辊5上的拉绳501进行收起，在此过程中，拉绳501首先会对抓地爪6作用力，抓地爪6在拉绳501的拉动下会上移，而滑杆12由于固定块125上移时会受到卡块14的限制，使得滑杆12无法上移，进而使抓地爪6上移时会在滑杆12上移动，弹性元件122被拉伸，抓地爪6上移时第五齿轮602与滑杆12上的齿条板124啮合，使第五齿轮602转动并与第六齿轮603啮合，第六齿轮603带动勾爪604向下偏转，进而使勾爪604对水底的砂石进行插入，使得抓地爪6具备较强的抓地力；
64.s4：随着继续对拉绳501收卷，在滑杆12及抓地爪6一侧固定的情况下，船体1顺着拉绳501的拉力向滑杆12处移动，进而使船体1由浅水区域移动至深水区域，使无人船处于可以正常航行状态；
65.s5：在无人船随着拉绳501向滑杆12处移动时，两者之间的距离变短，使得弹性伸缩杆11再次被压缩，当弹性伸缩杆11被压缩至无人船正常航行时的压缩状态时，船体1上的推杆15对卡块14上的受力板142作用力，卡块14以转轴为圆心进行偏转，此时卡块14不再对滑杆12的固定块125进行限制，随后驱动电机运行，使收卷辊5送线，释放拉绳501对抓地爪6的拉力，抓地爪6不再受力并在弹性元件122的弹力拉动下下移，使勾爪604向上偏转，解除勾爪604对水底的抓地力，随后使收卷辊5对拉绳501再次收线，此时由于滑杆12上移不受限制，使得拉绳501对抓地爪6拉扯时，抓地爪6通过弹性元件122带动滑杆12上移，实现对抓地爪6的回收。
66.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。