自主航海船的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的本發(fā)明的實(shí)施例涉及自主運(yùn)輸工具(autonomous vehicle)的領(lǐng)域。更特別而言,但不以限制的方式,本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了自主無人航海船(autonomous unmanned sailing vessel)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于自主無人交通工具的需求一直在增加。已經(jīng)開發(fā)了在不同地形(諸如陸地、地面街道,甚至空間)上有了不同程度的成功的無人自主交通工具。然而,無人自主海上交通工具的技術(shù)的發(fā)展受到了限制。成為橫渡大西洋的第一個完全自主船的Microtransat挑戰(zhàn)還尚未完成。作為備案,由自主航海船實(shí)現(xiàn)的公布的創(chuàng)紀(jì)錄距離只有78.9海里。參見2012年5 月 15 日的 Quick, Darren, "Fully autonomous ASV Roboat to make world recordattempt, "Gizmag.com,可在 http://www.gizmag.com/asv-roboat-fully-autonomous-sailboat-to-make-world-record-attempt/22559/ 中看到。
[0003]開放海洋研究、探索、監(jiān)控和采集應(yīng)用的其它數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)技術(shù)成本過高。一種方法是部署或租用能夠留在海上達(dá)所需的持續(xù)時間的船。操作載人船只的費(fèi)用很高,特別是如果操作涉及持續(xù)時間延長、與陸地的距離,或潛在的惡劣條件。另一種方法是部署一個或多個浮標(biāo)。然而,在深水位置安裝浮標(biāo)的復(fù)雜性和成本很高。因此,使用浮標(biāo)通常限于淺海區(qū)域。遠(yuǎn)程成像是可用于觀察海洋的另一種方法。然而,使用成像技術(shù)只可觀察到有限數(shù)據(jù)。
[0004]任何船可覆蓋的距離的一個制約因素是功率的可用性。海洋交通工具必須攜帶、產(chǎn)生或以其它方式利用在遠(yuǎn)離陸地的行程過程中其消耗的所有功率。另一個制約因素是在惡劣海洋條件中導(dǎo)航的能力。這對于給定海面的特定危險條件的風(fēng)力發(fā)電船尤其如此。雖然期望無人自主航海船能夠進(jìn)行長距離海洋航行以進(jìn)行環(huán)境、軍工、監(jiān)測、科學(xué)、研究和其它活動,但是對發(fā)展技術(shù)的嘗試都沒有成功。為了克服如上所述的問題和限制,如本文所述具有對無人自主航海船的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]提供了下面的簡化概要以便給出本文描述的自主無人航海船的一些方面的基本理解。該概述不是寬泛的綜述且不旨在標(biāo)識關(guān)鍵或重要元件或描述本發(fā)明的范圍。
[0006]本文中所描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例涉及一種無人自主航行船(an unmanned, autonomous ocean-going vessel)。
[0007]無人自主航行船包括具有主軸(primary axis)的主船體(primary hull)。在一個實(shí)施例中,主船體具有降低浮力的狹窄的船首(a narrow bow)。
[0008]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括:第一舷外支架船體(afirstoutrigger hull),該第一舷外支架船體被配置為在主船體在圍繞其主軸的第一方向上旋轉(zhuǎn)時提供第一附加扶正力矩(a first addit1nal righting moment);和第二舷外支架船體(a second outrigger hull),被配置為在主船體在圍繞其主軸的第二方向上旋轉(zhuǎn)時提供第二附加扶正力矩(a second addit1nal righting moment)。該壓載(ballast)足以從給定第一附加扶正力矩和第二附加扶正力矩的任意位置被動扶正(right)主船體。
[0009]無人自主航行船進(jìn)一步包括與主船體旋轉(zhuǎn)地耦接的剛性翼。剛性翼圍繞剛性翼的旋轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸可被選擇以相對于剛性翼的旋轉(zhuǎn)軸靜態(tài)地平衡剛性翼。
[0010]無人自主航行船進(jìn)一步包括被配置為保持期望的航向(heading)的控制器。
[0011]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括控制面元件(control surfaceelement),該控制面元件被配置為基于由控制面元件上的風(fēng)施加的力以空氣動力控制剛性翼的翼角??刂泼嬖沙騽傂砸淼暮缶壴O(shè)置在剛性翼上。在一個實(shí)施例中,控制面元件設(shè)置在尾板,其中剛性翼與包括第一端和第二端的吊桿(boom,帆下桁)相耦接。吊桿的第二端與尾板相親接并且從剛性翼的后緣(trailing edge)延伸。吊桿的第一端可從剛性翼的前緣延伸且可與配重耦接,所述配重被配置為相對于剛性翼的旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)地平衡剛性翼、吊桿和尾板。
[0012]控制器可被配置為確定控制面角度并且基于控制面角度生成信號以定位控制面元件。在一個實(shí)施例中,控制器進(jìn)一步被配置為在導(dǎo)航到至少一個航點(diǎn)(waypoint)位置期間實(shí)時計算多個控制面角度??刂破骺蛇M(jìn)一步被配置為基于多個控制面角度生成多個信號以定位控制面元件。
[0013]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括船舵。在一個實(shí)施例中,船舵包括船舵調(diào)整片且船舵位置對應(yīng)于船舵調(diào)整片位置。
[0014]控制器可進(jìn)一步被配置為確定船舵位置并且生成信號以將船舵定位到船舵位置。在一個實(shí)施例中,控制器可進(jìn)一步被配置為定期確定更新的船舵位置并生成信號以將船舵定位到所述更新的船舵位置。
[0015]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括在龍骨的第一端與主船體耦接的龍骨(keel)。龍骨包括壓載,該壓載足以提供足以使所述主船體從任何位置被動扶正的正扶正力矩。
[0016]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括具有天線的無線通信裝置,其中控制器進(jìn)一步被配置為從無線通信裝置獲得至少一個航點(diǎn)位置。無線通信裝置可進(jìn)一步被配置為基于與控制器相耦接的至少一個裝置傳輸由控制器所生成的數(shù)據(jù)。
[0017]在一個實(shí)施例中,主船體包括被定位在至少一個完全密封的艙室上方至少一個完全密封的艙室和至少一個部分密封的艙室。在主船體被定位在正常運(yùn)行范圍內(nèi)時,至少一個部分密封的艙室定位在水位線上方。至少一個部分密封的艙室包括至少一個排放口,該排放口被定位為在主船體被定位為在正常運(yùn)行范圍內(nèi)時允許至少一個部分密封的艙室的基本上被完全排放。
[0018]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括至少一個有效載重艙。該至少一個有效載重艙可以被設(shè)置在主船體上。
[0019]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括下球囊(lower bulb),該下球囊與龍骨的第二端和船舵的第二端相耦接,其中船舵的第一端與主船體相耦接,且其中下球囊是負(fù)浮力的(negatively buoyant)。
[0020]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括下球囊,該下球囊與龍骨的第二端和船舵的第二端相耦接,其中船舵的第二端從下球囊延伸且其中下球囊是負(fù)浮力的。
[0021]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括至少一個浮力翼艙室,其中主船體和剛性翼中的至少一個包括至少一個密封艙室,該至少一個密封艙室被配置為選擇性地涌出水以淹沒主船體和剛性翼,而使至少一個浮力翼艙室停留在水位線上方。
[0022]在一個實(shí)施例中,無人自主航行船進(jìn)一步包括與控制器耦接的至少一個電源,其中至少一個電源包括與至少一個電池相耦接的至少一個太陽能板。
[0023]在一個實(shí)施例中,控制器進(jìn)一步被配置為基于羅盤讀數(shù)、翼角、控制面角度和由控制器生成的估計的航海模型來估計風(fēng)向。
【附圖說明】
[0024]通過結(jié)合以下附圖呈現(xiàn)的本發(fā)明下面的更具體的描述,本發(fā)明的上述和其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見,在附圖中:
[0025]圖1示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的實(shí)施例的透視圖。
[0026]圖2示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的實(shí)施例的透視圖。
[0027]圖3示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的系統(tǒng)圖。
[0028]圖4示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的主船體的實(shí)施例的透明剖視圖。
[0029]圖5示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0030]圖6A至圖6C示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的控制面元件的實(shí)施例。
[0031 ] 圖7A至圖7D示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的實(shí)施例的前視圖。
[0032]圖8A至8B示出根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的實(shí)施例。
[0033]圖9示出用于控制根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的方法的流程圖。
[0034]圖1OA至圖1OB示出用于控制根據(jù)本文描述的自主無人航海船的一個或多個實(shí)施例的自主無人航海船的方法