本发明涉及无人船稳向板，尤其涉及一种用于小型无人船的双侧可折叠稳向板及其控制方法。
背景技术：
1、无人船吃水少，可执行很多有人船无法执行的任务，船上没有船员，因此安全性更高，具有优良的操纵性和积载性，主要用于科研、环境监测和军事用途；在无人船的设计和制造领域，稳向板作为一种重要的船只配件，提高无人船的稳定性和操控性。
2、然而，部分稳向板固定在无人船的表面，固定稳向板在不同航行条件下难以调整，导致其无法在各种航行环境中提供最佳的稳定效果，此外，固定稳向板在安装和存储方面也存在一定的局限性，特别是在需要减少船只阻力、在复杂水域中航行或在狭窄空间中存放时，固定结构显得尤为不便；且部分可调节稳向板安装于船身中间，但稳向板安伸缩时会入侵船舱空间，造成船舱空间的缩小和大空间的分割。
3、因此，有必要提供一种新的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板及其控制方法解决上述技术问题。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是提供一种便于收纳、实现稳向板自动避障和自动调节、提高无人船航行安全性和智能化水平的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板及其控制方法。
2、为解决上述技术问题，本发明提供的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板包括：稳向板，所述稳向板的一端安装七个超声波测距传感器，两块所述稳向板的另一端通过驱动机构转动连接于无人船的侧壁，且所述稳向板通过定位机构固定于凹槽的内部；所述驱动机构包括转轴，所述转轴的一端通过胀紧套固定在所述稳向板的内部，所述转轴的另一端通过轴承固定于所述无人船的侧壁，所述转轴的侧壁固定连接第一齿轮，所述第一齿轮通过限位机构固定在固定壳的内部；所述第一齿轮与主齿轮之间啮合，所述无人船的内部安装用于带动所述主齿轮转动的无刷电机；所述固定壳的侧壁安装用于防止水草缠绕所述转轴的防缠绕机构，所述防缠绕机构包括第一外壳，所述固定壳的侧壁安装呈梯形的第一外壳，所述第一外壳的内部转动连接第二齿轮和连接轴，转换齿轮的两端分别垂直啮合所述第二齿轮和所述第一齿轮，所述连接轴的侧壁固定连接所述第二齿轮和链轮，所述链轮与链条之间啮合，且所述链条的侧壁安装刀片，且所述链条的一侧倾斜设置；所述第一外壳的底端设置用于吹动水草向上运动的冲刷机构，且所述冲刷机构的内部安装单向阀。
3、优选的，所述无人船的两侧均设有放置所述稳向板的所述凹槽，所述固定壳位于所述凹槽的内部，所述固定壳的内部转动连接第一齿轮和所述主齿轮；所述转轴与所述稳向板的连接处套装橡胶圈，所述稳向板的侧壁安装固定套，所述固定套与所述固定壳的内部转动连接，且所述固定套与所述固定壳的连接处设有用于增加密封性的密封套，所述密封套的截面呈梯形结构。
4、优选的，所述定位机构包括限位孔和滑杆，所述凹槽的内部安装滑杆，所述滑杆的内部分别安装第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁分别吸引带有磁性的限位杆；所述滑杆的内部安装第一弹簧，所述第一弹簧的一端连接所述限位杆；所述稳向板的侧壁设有所述限位孔，所述限位孔的内部滑动连接所述限位杆。
5、优选的，所述限位机构包括磁板，所述固定壳的内部转动连接所述磁板，第二弹簧的两端分别连接所述磁板和所述固定壳的侧壁；所述无人船的侧壁安装侧壁呈梯形的第三电磁铁，所述第三电磁铁吸附所述磁板的侧壁；所述磁板的侧壁安装多块第一卡板，所述第一齿轮的侧壁呈环形安装第二卡板，所述第一卡板卡合侧壁呈弧形的所述第二卡板的侧壁。
6、优选的，所述冲刷机构包括第二外壳，所述固定壳的侧壁安装侧壁呈弧形的第二外壳，所述第二外壳的内部转动连接调节杆，且所述调节杆与所述连接轴之间固定连接；所述调节杆的表面倾斜设有呈环形的滑槽，所述滑槽的内部卡合且转动连接顶端呈球形的升降杆，所述固定壳的侧壁固定连接用于所述升降杆垂直运动的滑套；所述第二外壳的内部安装具有弹性的橡胶垫，所述橡胶垫的表面固定连接压缩板，且所述压缩板与所述升降杆之间固定连接。
7、优选的，所述第二外壳的底端安装表面呈环形的吸管，所述吸管的进水口位于所述固定壳的最低端；所述第二外壳的侧壁安装表面呈弧形的冲洗管，所述冲洗管的出水口朝向所述第一外壳。
8、优选的，所述吸管和所述冲洗管的内部均安装单向阀，所述单向阀包括封闭块，所述吸管和所述冲洗管的内部均安装档网和内部呈漏斗形的封闭块，所述封闭块的内部卡合浮球，所述浮球抵触所述档网。
9、优选的，所述第一外壳和所述第二外壳的外形相同，所述链条和所述刀片位于所述第一外壳与所述第二外壳之间。
10、优选的，一种用于小型无人船的双侧可折叠稳向板的控制方法，具体包括以下步骤：
11、步骤一：在无刷电机中，通过所述转轴侧壁的角度传感器检测所述稳向板的角度，超声波测距传感器、电机驱动模块、锁止继电器初始化，所述无人船内部的蓄电池为其行驶提供电源；无人船内部的无人驾驶系统控制无人船在水中运行；当无人船行驶过程中，所述无人船侧壁的所述无刷电机运作带动所述稳向板转动，改变所述稳向板在所述无人船侧壁的角度，提高无人船的稳定性和操控性；
12、步骤二：在所述稳向板转动过程中，当所述稳向板完全展开，垂直于地面，定义为90°，此时4号超声波测距传感器向下，1号超声波测距传感器向前，收缩状态为逆时针旋转90°（如附图1所示），定义为0°，7号超声波测距传感器向下，4号超声波测距传感器向前；在0°、30°、60°、90°时，分别使用7号超声波测距传感器探测深度，4号超声波测距传感器探测前方障碍物距离；6号超声波测距传感器探测深度，3号超声波测距传感器探测前方障碍物距离； 5号超声波测距传感器探测深度，2号超声波测距传感器探测前方障碍物距离； 4号超声波测距传感器探测深度，1号超声波测距传感器探测前方障碍物距离；在0～30°、30～60°、60～90°时， 分别使用6、7号超声波测距传感器探测深度，3、4号超声波测距传感器探测前方障碍物距离；5、6号超声波测距传感器探测深度，2、3号超声波测距传感器探测前方障碍物距离；4、5号超声波测距传感器探测深度，1、2号超声波测距传感器探测前方障碍物距离，超声波测距传感器（21）将检测的信息传递给无人驾驶系统；同时选择0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°角度作为稳向板7级状态；
13、步骤三：当遇到障碍物时，无人驾驶系统对障碍物距离检测进行两次测量，计时模块运作设定固定的时间间隔δt进行两次超声波测距仪的数据采集，计算模块记录两次测距数据d1 和d2，分别对应于时间t1 和t2，其中t2=t1+δt；当有超声波测距传感器正对下方和前方时，即所述稳向板处于0°、30°、60°、90°角度时，采用相应的单一超声波测距传感器探测距离；当所述稳向板处于15°、45°、75°角度时，采用三角函数公式融合两个对应传感器的测量数据，具体测量方式介绍如下所示：当所述稳向板2位于30°时，5号超声波测距传感器的检测结果即为深度d（如附图13所示）；
14、当所述稳向板位于45°时，由5、6号超声波测距传感器测量深度，5、6号超声波测距传感器的检测结果分别为d5、d6（如附图所示14），计算模块运作计算障碍物与所述稳向板之间的间距，计算方法如下所示：将5、6号超声波测距传感器测距抽象如下附图15所示，r为超声波测距传感器分布所在半圆的半径，o点为半圆的圆心，a点为6号超声波测距传感器探测到的障碍物，b点为5号超声波测距传感器探测到的障碍物角，α为6号超声波测距传感器发出超声波与障碍物面的夹角，角β为传感5号超声波测距传感器与障碍物面的夹角，连接a、b两点，过点o作线段ab的垂线，相交与h，线段oh的长度为d+r，d为障碍物与所述稳向板的近似真实距离；所述无人船前方障碍物距离所述稳向板的检测原理与上述检测方法一致；
15、步骤四：设定动态速度和深度阈值，计算模块运作先计算障碍物靠近速度，速度计算公式如下：
16、
17、其中v为障碍物靠近速度；
18、所述稳向板速度阈值随船只速度变化而改变，假设船只的最大航行速度为v，稳向板收起或展开一级时间为tf，无人驾驶系统的反应时间为ts，通过以下计算方法设定速度阈值vth：
19、确定最小安全距离ds ，系统反应时间ts加上稳向板收缩时间tf 内，船只移动的距离为最小安全距离ds，计算公式如下：
20、
21、设定动态速度阈值vth，基于最小安全距离和检测周期δt，设定动态速度阈值，计算公式如下：
22、
23、判断深度阈值dth，深度阈值dth由所述稳向板长度决定，为防止距离检测误差和稳向板动作时间太短导致的收缩不及时，将dth设置为稳向板长度h+2r的50%，即
24、
25、当超声波测距传感器监测到前方障碍物与所述稳向板的之间的距离后，计算模块计算障碍物的接近速度，并判断障碍物接近速度是否超过动态速度阈值，如果接近速度超过动态速度阈值，无人驾驶系统运作向无人船主发送障碍物位置、速度等信息，无人驾驶系统打开所述限位机构，并通过操控无刷电机将所述稳向板收起一级，收起一级后使用所述限位机构将所述稳向板固定；当接近速度没有超过动态速度阈值，超声波测距传感器进行稳向板深度检测，判断稳向板深度是否低于深度阈值，如果稳向板深度低于深度阈值，无人驾驶系统运作通过操控无刷电机将所述稳向板收起一级，如果稳向板深度没有低于深度阈值，计算模块运行判断稳向板深度是否大于下一级安全深度，如果大于安全深度，无人驾驶系统运作通过操控无刷电机将所述稳向板展开一级，如果小于安全深度，所述稳向板角度保持不变（如附图16所示）；从而使稳向板具备自动避障收缩和自动展开功能，提高了航行的安全性和智能化水平；当检测到前方有障碍物时，稳向板会自动收缩，避免碰撞；由于特殊的超声波测距传感器排布，在任意状态下，超声波测距传感器都能一直检测船底空间深度，确保稳向板在安全的条件下自动展开，增加稳定性；
26、步骤五：在所述无人船运行过程中，所述无刷电机带动所述第一齿轮和所述稳向板转动，实现所述稳向板自动避障收缩和自动展开；所述第一齿轮带动所述防缠绕机构和所述冲刷机构运行，所述防缠绕机构将所述固定壳表面缠绕的水草割断，避免水草缠绕在所述稳向板与所述固定壳的连接处影响所述稳向板的转动；所述冲刷机构运行将水喷出沿着所述固定壳的侧壁向上运动，将所述固定壳侧壁的水草等杂质冲走，便于所述稳向板转动。
27、与相关技术相比较，本发明提供的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板及其控制方法具有如下有益效果：
28、本发明提供一种用于小型无人船的双侧可折叠稳向板及其控制方法，所述无人船的两侧转动连接所述稳向板，转动的稳向板使其能够在不同航行条件下提供稳定支持，并在不使用时所述稳向板进入所述凹槽的内部，方便折叠存储，不影响船只的其他功能；当稳向板收缩时，板体垂直分布在船身两侧，不会侵占船舱内部空间，也不会对船舱的大空间进行割裂，优化了船只的空间利用率；通过稳向板的自动控制系统和超声波测距传感器，使稳向板具备自动避障收缩和自动展开功能，提高了航行的安全性和智能化水平。当检测到前方有障碍物时，稳向板会自动收缩，避免碰撞；超声波测距传感器沿半圆形分布在稳向板末端，当稳向板向前转动收缩时，始终有超声波测距传感器朝向前方和下方，用于探测前方障碍物和下方水深，避免发生碰撞，且在任意状态下，传感器都能一直检测船底空间深度，确保稳向板在安全的条件下自动展开，增加稳定性；在所述无人船运行过程中，所述无刷电机带动所述第一齿轮和所述稳向板转动，实现所述稳向板自动避障收缩和自动展开；所述第一齿轮带动所述防缠绕机构和所述冲刷机构运行，所述防缠绕机构将所述固定壳表面缠绕的水草割断，避免水草缠绕在所述稳向板与所述固定壳的连接处影响所述稳向板的转动；所述冲刷机构运行将水喷出沿着所述固定壳的侧壁向上运动，将所述固定壳侧壁的水草等杂质冲走，便于所述稳向板转动。
1.一种用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述无人船（1）的两侧均设有放置所述稳向板（2）的所述凹槽（22），所述固定壳（36）位于所述凹槽（22）的内部，所述固定壳（36）的内部转动连接第一齿轮（32）和所述主齿轮（34）；所述转轴（31）与所述稳向板（2）的连接处套装橡胶圈（39），所述稳向板（2）的侧壁安装固定套（33），所述固定套（33）与所述固定壳（36）的内部转动连接，且所述固定套（33）与所述固定壳（36）的连接处设有用于增加密封性的密封套（310），所述密封套（310）的截面呈梯形结构。
3.根据权利要求2所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述定位机构（4）包括限位孔（41）和滑杆（46），所述凹槽（22）的内部安装滑杆（46），所述滑杆（46）的内部分别安装第一电磁铁（43）和第二电磁铁（44），所述第一电磁铁（43）和所述第二电磁铁（44）分别吸引带有磁性的限位杆（42）；所述滑杆（46）的内部安装第一弹簧（45），所述第一弹簧（45）的一端连接所述限位杆（42）；所述稳向板（2）的侧壁设有所述限位孔（41），所述限位孔（41）的内部滑动连接所述限位杆（42）。
4.根据权利要求2所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述限位机构（5）包括磁板（51），所述固定壳（36）的内部转动连接所述磁板（51），第二弹簧（54）的两端分别连接所述磁板（51）和所述固定壳（36）的侧壁；所述无人船（1）的侧壁安装侧壁呈梯形的第三电磁铁（55），所述第三电磁铁（55）吸附所述磁板（51）的侧壁；所述磁板（51）的侧壁安装多块第一卡板（52），所述第一齿轮（32）的侧壁呈环形安装第二卡板（53），所述第一卡板（52）卡合侧壁呈弧形的所述第二卡板（53）的侧壁。
5.根据权利要求2所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述冲刷机构（7）包括第二外壳（72），所述固定壳（36）的侧壁安装侧壁呈弧形的第二外壳（72），所述第二外壳（72）的内部转动连接调节杆（74），且所述调节杆（74）与所述连接轴（64）之间固定连接；所述调节杆（74）的表面倾斜设有呈环形的滑槽（75），所述滑槽（75）的内部卡合且转动连接顶端呈球形的升降杆（76），所述固定壳（36）的侧壁固定连接用于所述升降杆（76）垂直运动的滑套（77）；所述第二外壳（72）的内部安装具有弹性的橡胶垫（78），所述橡胶垫（78）的表面固定连接压缩板（79），且所述压缩板（79）与所述升降杆（76）之间固定连接。
6.根据权利要求5所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述第二外壳（72）的底端安装表面呈环形的吸管（71），所述吸管（71）的进水口位于所述固定壳（36）的最低端；所述第二外壳（72）的侧壁安装表面呈弧形的冲洗管（73），所述冲洗管（73）的出水口朝向所述第一外壳（61）。
7.根据权利要求6所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述吸管（71）和所述冲洗管（73）的内部均安装单向阀（8），所述单向阀（8）包括封闭块（81），所述吸管（71）和所述冲洗管（73）的内部均安装档网（83）和内部呈漏斗形的封闭块（81），所述封闭块（81）的内部卡合浮球（82），所述浮球（82）抵触所述档网（83）。
8.根据权利要求5所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，所述第一外壳（61）和所述第二外壳（72）的外形相同，所述链条（66）和所述刀片（67）位于所述第一外壳（61）与所述第二外壳（72）之间。
9.根据权利要求1所述的用于小型无人船的双侧可折叠稳向板，其特征在于，包括一种用于小型无人船的双侧可折叠稳向板的控制方法，具体包括以下步骤：
