專利名稱：一種裝有自動控制系統(tǒng)的智能帆車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帆車領(lǐng)域，具體涉及ー種裝有自動控制系統(tǒng)的智能帆車。
背景技術(shù)：
化石能源的日益減少和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻促使了新型智能帆船的誕生，但此類帆船存在著一定的問題。首先是系統(tǒng)可靠性差，剛性連接的摩擦較大，減少了系統(tǒng)的使用壽命，其次是控制精度不高，系統(tǒng)的反饋機構(gòu)較少，無法準(zhǔn)確拉帆。最后是抗干擾能力差，當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的時候容易產(chǎn)生誤操作。由于已有智能帆船存在著上述問題，故有待改善。目前已有的帆車存在以下兩點主要問題1、可靠性差。已有的旋轉(zhuǎn)桅桿式帆船由于桅桿沒有和船體固定在一起，所以這種不可靠的結(jié)構(gòu)對船體的可靠性造成了不利影響。帆和桅桿固定在一起，帆的動作靠齒輪傳動完成，這種剛性連接無法有效的承受風(fēng)的沖擊力，對系統(tǒng)的可靠性也有很大的影響。2、控制精度低抗干擾能力差。采用步進(jìn)電機進(jìn)行開環(huán)控制，可靠性差，控制精度低。同時由于沒有帆角反饋信號，外界擾動對帆角造成的改變，控制系統(tǒng)無法識別，從而不能做出反應(yīng)，使系統(tǒng)缺乏抗干擾能力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高、控制精度高抗干擾能力強的智能帆車。本實用新型針對之前系統(tǒng)存在可靠性差的問題，我們采用纜線拉帆的方法代替旋轉(zhuǎn)桅桿的方法。即采用緊固件以多層鎖緊的方式將桅桿和船體固定在一起，這樣可以保證桅桿和船體的連接的可靠性。帆通過軸承和連接件固定在桅桿上，通過纜繩拉帆，這種柔性連接可以有效緩沖風(fēng)的沖擊カ，減少了對拉帆結(jié)構(gòu)的機械磨損，提高了船舶的可靠性。本實用新型針對之前系統(tǒng)存在控制精度低的問題，我們采用兩組直流減速電機通過纜繩拉帆代替單個步進(jìn)電機通過齒輪傳動拉帆的動作，并且對電機的轉(zhuǎn)角和帆的角度進(jìn)行實時檢測，可以通過精準(zhǔn)的控制電機來控制帆的轉(zhuǎn)角。本實用新型針對之前系統(tǒng)存在抗干擾能力差的問題，我們采用多種傳感器檢測構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)帆受到外力擾動而偏移時，可以自動調(diào)整并返回既定位置，以實現(xiàn)最佳推力的目的。本實用新型還具有了ー些新的并且更實用結(jié)構(gòu)。a)船體參數(shù)參考“紅磨床”號進(jìn)行改造設(shè)計，使結(jié)構(gòu)更加合理。b)桅桿頂部設(shè)置智能風(fēng)向風(fēng)速指示儀?？梢哉_檢測出風(fēng)向，從而實現(xiàn)風(fēng)能最大利用化；風(fēng)速傳感器為系統(tǒng)米集實時風(fēng)速信息，若風(fēng)速小于或大于某ー程度的風(fēng)速時，系統(tǒng)將會停止工作。c)加入舵機，舵機采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，有效提高傳動效率，増大轉(zhuǎn)矩，并具有自鎖功能。用直流減速電機控制舵機轉(zhuǎn)動，并且對電機轉(zhuǎn)角、舵機角位置進(jìn)行實時檢測，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。還有最大舵角限位開關(guān)，以保證舵角在正常工作角度內(nèi)，保證舵機的可靠工作。[0013]d)此外帆和舵還具有手動切換的功能，以便在系統(tǒng)故障時應(yīng)急操作。e)拉帆的線纜具有張カ檢測功能，可以檢測纜線上的張力，保證纜線承受的カ在合理范圍內(nèi)。f)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)具有自檢、保護(hù)、警報和顯示的功能，并且采用可靠性更高的Atmegal6單片機代替之前51單片機。g)為了便于實驗數(shù)據(jù)的采集，我們制作了具有旱輪結(jié)構(gòu)的帆車，可以針對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，并為將來的智能帆船的研發(fā)打下了基礎(chǔ)。本發(fā)明所述的裝有自動控制系統(tǒng)的智能帆車有如下有益效果先前的風(fēng)帆操作系統(tǒng)加入了一定的智能控制，實現(xiàn)了一定的功能。我們的智能帆車是對之前的成果進(jìn)行了改進(jìn)和升華，保留了靈活性和有效利用風(fēng)能的特點，新加入了舵的控制機構(gòu)，使ー些機械和電 路結(jié)構(gòu)更加合理實用，提高了系統(tǒng)的可靠性，控制精度和抗干擾能力，盡量降低成本，對之后的智能帆船的研究也具有很好的指導(dǎo)作用。
以下結(jié)合附圖和實施案例進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。圖I :船體總覽線條圖；圖2 :主控系統(tǒng)原理圖；圖3 :帆位檢測傳感器線條圖；圖4 :風(fēng)速傳感器；圖5:風(fēng)向傳感器；圖6:黑白盤；圖7:光電檢測電路；圖8 :舵機的整體設(shè)計圖；圖9 :舵機分解圖；


圖10 :電機控制原理圖；其中，I直流減速電機及檢測部分；2舵機及檢測部分；3固定桅桿纜繩；4風(fēng)向傳感器；5鋼纜；6顯示屏和控制端；7帆；8電源模塊；9風(fēng)速傳感器；10帆位檢測傳感器；10-1木塊;10-2滑輪;10-3橫桁；10-4桅桿;10-5纜線;9-1霍爾；9_2風(fēng)杯；4_1風(fēng)向標(biāo)；4_2轉(zhuǎn)軸；4_3發(fā)光二極管；4-4光敏電阻；4-5軸承；4-6輸出端ロ ；2_1軸承；2_2普通平鍵；2_3蝸輪；2_4軸；2-5蝸桿；2-6軸承'2-1低速齒輪；2_8普通平鍵；2_9電機；2_10高速齒輪。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例來說明本發(fā)明所述的ー種裝有自動控制系統(tǒng)的智能帆車。實施例I。如
圖1，我們的船體為雙層底結(jié)構(gòu)，下層船體放置兩組直流減速電機及其檢測部分1，控制系統(tǒng)，電源模塊8，舵機及其檢測部分2 (由蝸輪蝸桿，齒輪，電機，舵角指示，電機構(gòu)成)以及連接構(gòu)件。上層船體放置顯示屏，控制端6 (航向模擬器和風(fēng)向模擬器)。船體的上方安裝帆7，拉帆的機構(gòu)比較靈巧，轉(zhuǎn)帆的機構(gòu)運用軸承，動作比較靈活。電機經(jīng)過滑輪直接拉帆，兩拉，兩放控制帆的角度進(jìn)而實現(xiàn)拉帆功能。[0033]對于帆位的檢測如下，如圖3，在桅桿10-4上固定一木塊10-1，木塊10-1的前端鉆ー個直徑為28毫米的孔，放入可連續(xù)變化的電位器，并且用螺絲扣合的方法將其鎖紫。電位器的末端塞入ー尼龍制作的滑輪10-2，并且用螺絲將其把紫?；喩瞎潭ɡ|線10-5，纜線10-5的另一端先通過鐵環(huán)，然后固定在橫桁10-3上。當(dāng)電機拉動風(fēng)帆轉(zhuǎn)動的時候，一條纜線張緊，一條纜線松放，進(jìn)而帶動與之相連的滑輪轉(zhuǎn)動?；嗈D(zhuǎn)動后，與之相連的電位器也轉(zhuǎn)動。電位器轉(zhuǎn)動后，其電阻值改變，通過檢測電阻的變化，并與控制系統(tǒng)配合，進(jìn)而判讀風(fēng)帆是否處于既定位置。在桅桿頂部裝有智能 風(fēng)向風(fēng)速儀，可以正確檢測出風(fēng)向，從而實現(xiàn)風(fēng)能最大利用化；風(fēng)速傳感器為系統(tǒng)米集實時風(fēng)速信息，若風(fēng)速小于或大于某ー程度的風(fēng)速時，系統(tǒng)將會停止工作。對于風(fēng)速的測量如下，如圖4，當(dāng)風(fēng)吹到轉(zhuǎn)軸上面時就會帶動轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動，小磁片固定在轉(zhuǎn)軸上面就會隨著轉(zhuǎn)軸一起發(fā)生轉(zhuǎn)動。當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動速度就會發(fā)生變化。利用固定在中心軸上面的霍爾9-1就可以很容易的將風(fēng)速經(jīng)過處理后計算出來。對于風(fēng)向的實驗如下，如圖5，風(fēng)向標(biāo)4-1、轉(zhuǎn)軸4-2和發(fā)光二極管4-3固定在一起，當(dāng)外部有來風(fēng)時，吹動風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動將與之相連的轉(zhuǎn)軸4-2和發(fā)光二極管4-3轉(zhuǎn)動。當(dāng)發(fā)光二極管4-3轉(zhuǎn)動后，照射到位于底座上與風(fēng)向一一對應(yīng)的某一光敏電阻4-4，使得其阻值發(fā)生變化，通過連接信號線將這個信號送到處理器經(jīng)過算法處理后，顯示在液晶屏上。當(dāng)風(fēng)向改變的時候，發(fā)光二極管4-3的位置發(fā)生改變，照射到另一光敏電阻，使其阻值發(fā)生改變，因而能夠隨時反映出風(fēng)向。當(dāng)風(fēng)速在可使用風(fēng)帆的范圍時，設(shè)定航行方向。操作者按下總開關(guān)，單片機初始化系統(tǒng)，采集帆角信號和舵角信號。當(dāng)帆處于既定位置吋，則不調(diào)整，當(dāng)帆偏離既定位置吋，則單片機送出動作信號，傳給電機。電機接到指令后，同時光電傳感器進(jìn)行電機轉(zhuǎn)動檢測，當(dāng)電機轉(zhuǎn)過一定角度時即停止，這樣可以精準(zhǔn)控制電機。然后再檢測帆角是否處于既定狀態(tài)，如果是的話，則不進(jìn)行調(diào)整，如果不是的話，則重復(fù)上面的動作。在轉(zhuǎn)帆的同時，單片機發(fā)出信號給舵機，啟動舵機電機開關(guān)。電機轉(zhuǎn)動后，帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，來控制舵的方向。舵機同樣設(shè)有檢測部分，通舵角檢測電路檢測舵機是否按要求轉(zhuǎn)到正確位置。通過控制舵的方向，配合帆的方向，從而使船舶按照既定的航向航行。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種裝有自動控制系統(tǒng)的智能帆車，其特征在于包括直流減速電機及檢測部分(I)、風(fēng)向傳感器(4)、鋼纜(5)、風(fēng)速傳感器(9)、帆位檢測傳感器(10);采用緊固件以多層鎖緊的方式將桅桿和船體固定在一起；帆通過軸承和連接件固定在桅桿上；采用兩組直流減速電機通過纜繩拉帆代替單個步進(jìn)電機通過齒輪傳動拉帆的動作；采用多種傳感器檢測構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；桅桿頂部設(shè)置風(fēng)速傳感器(9)，風(fēng)速傳感器為系統(tǒng)采集實時風(fēng)速信息，若風(fēng)速小于或大于某ー程度的風(fēng)速時，系統(tǒng)將會停止工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能帆車，其特征在于加入舵機及檢測部分(2)，舵機采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，用直流減速電機控制舵機轉(zhuǎn)動，并且對電機轉(zhuǎn)角、舵機角位置進(jìn)行實時檢測，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制；還有最大舵角限位開關(guān)，以保證舵角在正常工作角度內(nèi)，保證舵機的可靠工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能帆車，其特征在于帆和舵還具有手動切換的功能，以便在系統(tǒng)故障時應(yīng)急操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能帆車，其特征在于拉帆的鋼纜具有張カ檢測功能，可以檢測纜線上的張カ，保證纜線承受的カ在合理范圍內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種裝有自動控制系統(tǒng)的智能帆車。包括直流減速電機及檢測部分、風(fēng)向傳感器、鋼纜、風(fēng)速傳感器、帆位檢測傳感器等。我們的智能帆車是對之前的成果進(jìn)行了改進(jìn)和升華，保留了靈活性和有效利用風(fēng)能的特點，新加入了舵的控制機構(gòu)，使一些機械和電路結(jié)構(gòu)更加合理實用，提高了系統(tǒng)的可靠性，控制精度和抗干擾能力，盡量降低成本，對之后的智能帆船的研究也具有很好的指導(dǎo)作用。
文檔編號B60K16/00GK202421803SQ20112053199
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者曲杰, 王新浩, 趙曉辰 申請人:大連海事大學(xué)