CN105116904A - 一种无人水面艇自动避障装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人水面艇自动避障装置，包括：环境建模单元用于根据雷达单元、图像数据获取单元和GPS单元分别采集的实时环境数据，在导航地图中建立环境模型，环境模型包括：无人水面艇在导航地图中的当前位置、速度和自身位姿，以及，预定航线内的障碍物的位置与大小；路径修正单元用于根据环境模型生成避让所述障碍物的绕避路径；指令生成单元，用于生成控制无人水面艇行为，以使无人水面艇沿绕避路径行进的决策指令。本申请采用多种实时环境数据，可以适用于多种气象环境，且在绕避障碍物时可以根据无人水面艇的当前速度、方向和位姿来做适当的调整，避免只是单纯的方向调整造成无人水面艇动作调整失误所造成的碰撞或侧翻等事故。

Description

一种无人水面艇自动避障装置

技术领域

本发明涉及水域信息测绘领域，特别是涉及一种无人水面艇自动避障装置。

背景技术

无人水面艇(unmannedsurfacevessel，USV)，是一种无人操作的水面舰艇，主要用于在各种水域执行危险以及不适于有人船只执行的任务。

无人水面艇在其设计中，除了要满足远程控制的要求，还要具有在面对各种临场环境自动应对的能力，其中，自动避障的能力是无人水面艇保证自身安全的重要保证。

现有技术中，无人水面艇一般都是通过设有光学传感器和红外传感器，根据光学传感器和红外传感器所采集的图像数据来识别原航线中将要遇到的障碍物，然后根据障碍物的大小和设定的算法，重新设定对于所述障碍物的绕避航线，以避免碰撞。

发明人经过研究发现，现有技术中的自动避障方式至少存在以下的缺陷，由于光学传感器和红外传感器只能获取特定的环境数据，所以在依据这些数据参数作为参数来重新设定对于所述障碍物的绕避航线时，会由于数据不够全面，从而使绕避航线的设定或在的绕避障碍物时所采取的操控方式不够合理，容易发生水面无人艇的碰撞或侧翻事故。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种无人水面艇自动避障装置，以解决现有技术中水面无人艇在避让障碍物时容易发生碰撞事故或侧翻事故的技术问题。

本发明实施例提供了一种无人水面艇自动避障装置，包括：

导航地图存储单元、雷达单元、图像数据获取单元、GPS单元、环境建模单元、惯性测量单元IMU和路径修正单元；

所述环境建模单元用于根据所述雷达单元、所述图像数据获取单元和所述GPS单元分别采集的实时环境数据，在所述导航地图中建立环境模型，所述环境模型包括：所述无人水面艇在导航地图中的当前位置、速度和自身位姿，以及，预定航线内的障碍物的位置与大小；

所述路径修正单元用于根据所述环境模型生成避让所述障碍物的绕避路径；

指令生成单元，用于生成控制所述无人水面艇行为，以使所述无人水面艇沿所述绕避路径行进的决策指令。

优选的，在本发明实施例中，所述无人水面艇行为包括：

所述无人水面艇的行驶方向调整、行驶速度调整和/或无人水面艇的位姿调整中的一种或任意组合。

优选的，在本发明实施例中，所述像数据获取单元包括：

照相机、视频摄录机、光学传感器和红外传感器中的一种或任意组合。

优选的，在本发明实施例中，还包括异艇数据接收单元和环境模型修正单元；

所述异艇数据接收单元用于接收其它协作无人水面艇中设有的雷达单元、图像数据获取单元和GPS单元所分别采集的实时环境数据；

所述环境模型修正单元用于根据所述异艇数据接收单元所接收的实时环境数据修正所述环境模型

从上述的技术方案可以看出，在本申请中，首先通过雷达单元、图像数据获取单元和GPS单元多种设备来采集实时环境数据；由于通过雷达单元和/或图像数据获取单元获取了预定航线内的障碍物的位置与大小数据、通过GPS单元可以获取无人水面艇的当前位置和速度数据，此外，通过IMU单元，还可以获取无人水面艇的当前自身位姿数据；因此，通过环境建模单元就可以根据上述各种数据在导航地图中建立环境模型；这样，路径修正单元就可以环境模型来设定用于避让障碍物的绕避路径，接着，通过指令生成单元生成决策指令来控制无人水面艇沿绕避路径行进以避让障碍物。由于本申请中采用了多种实时环境数据，所以可以适用于多种气象环境，比如可以在夜间或其他无法进行图像采集的情况下，通过雷达单元的数据来进行绕避路径的生成；此外，在本申请中，通过建立环境模型，从而可以在导航地图中确定预定航线内的障碍物的位置与大小，并根据无人水面艇的当前位置、速度和自身位姿来生成可以通行的绕避路径，这样，指令生成单生成控制无人水面艇行为的决策指令时，就会根据无人水面艇的当前速度、方向和位姿来做适当的调整，避免只是单纯的方向调整造成无人水面艇动作调整失误所造成的碰撞或侧翻等事故。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本申请中所述无人水面艇自动避障装置的结构示意图；

图2为本申请中所述无人水面艇自动避障装置的又一结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了能够解决现有技术中水面无人艇在避让障碍物时容易发生碰撞事故或侧翻事故的技术问题，再本申请中提供了一种无人水面艇自动避障装置，如图1所示，包括：

导航地图存储单元101、雷达单元102、图像数据获取单元103、GPS单元104、环境建模单元105、惯性测量单元IMU106和路径修正单元107；

环境建模单元105用于根据雷达单元102、图像数据获取单元103和GPS单元104分别采集的实时环境数据，在导航地图中建立环境模型，环境模型包括：无人水面艇在导航地图中的当前位置、速度和自身位姿，以及，预定航线内的障碍物的位置与大小；

路径修正单元107用于根据环境模型生成避让障碍物的绕避路径；

指令生成单元108，用于生成控制无人水面艇行为，以使无人水面艇沿绕避路径行进的决策指令。

在本申请的无人水面艇自动避障装置，利用了无人水面艇设有的雷达单元102和GPS单元104，再结合如照相机、视频摄录机、光学传感器和红外传感器等图像数据获取单元，从而可以多方面的采集实时环境数据，以达到在多种气象环境中都能识别预定航线内的障碍物的位置与大小的目的；其中，通过GPS单元104与导航地图配合还可以得到无人水面艇的当前方向、位置和速度等数据；接着，在本申请中无人水面艇还设有IMU106，这样，通过测量无人水面艇在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出无人水面艇的当前姿态，即，自身位姿；本申请通过获取无人水面艇的自身位姿数据，从而在进行无人水面艇行为控制时，针对不同的自身位姿，可以生成相应的决策指令，以更好地保证在进行方向或速度调整时无人水面艇的平衡，从而避免无人水面艇动作调整失误所造成的碰撞或侧翻等事故。在实际应用中，无人水面艇行为具体可以包括行驶方向调整、行驶速度调整和/或无人水面艇的位姿调整，通过无人水面艇的位姿调整配合行驶方向和行驶速度的调整，可以在保证无人水面艇的平衡下高效的完成障碍物的避让。

进一步的，在本申请中，无人水面艇还可以包括异艇数据接收单元201和环境模型修正单元202，请参见图2；

异艇数据接收单元201用于接收其它协作无人水面艇中设有的雷达单元、图像数据获取单元和GPS单元所分别采集的实时环境数据；环境模型修正单元202用于根据异艇数据接收单元所接收的实时环境数据修正所述环境模型

由于通过单独的无人水面艇所获取的数据局限性较大，有时候无法全面的获取障碍物全面的形状大小数据，所以，在多个临近的无人水面艇协同作业时，可以通过异艇数据接收单元201来获取其它协作无人水面艇中设有的雷达单元、图像数据获取单元和GPS单元所分别采集的实时环境数据，从而可以多角度的获得障碍物的形状大小数据，进而使环境模型更加的准确，进而也就可以使得绕避路径的设定更加的合理和安全。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种无人水面艇自动避障装置，其特征在于，包括：

导航地图存储单元、雷达单元、图像数据获取单元、GPS单元、环境建模单元、惯性测量单元IMU和路径修正单元；

所述环境建模单元用于根据所述雷达单元、所述图像数据获取单元和所述GPS单元分别采集的实时环境数据，在所述导航地图中建立环境模型，所述环境模型包括：所述无人水面艇在导航地图中的当前位置、速度和自身位姿，以及，预定航线内的障碍物的位置与大小；

所述路径修正单元用于根据所述环境模型生成避让所述障碍物的绕避路径；

指令生成单元，用于生成控制所述无人水面艇行为，以使所述无人水面艇沿所述绕避路径行进的决策指令。

2.根据权利要求1所述的无人水面艇自动避障装置，其特征在于，所述无人水面艇行为包括：

所述无人水面艇的行驶方向调整、行驶速度调整和/或无人水面艇的位姿调整中的一种或任意组合。

3.根据权利要求2所述的无人水面艇自动避障装置，其特征在于，所述图像数据获取单元包括：

照相机、视频摄录机、光学传感器和红外传感器中的一种或任意组合。

4.根据权利要求3所述的无人水面艇自动避障装置，其特征在于，还包括异艇数据接收单元和环境模型修正单元；

所述异艇数据接收单元用于接收其它协作无人水面艇中设有的雷达单元、图像数据获取单元和GPS单元所分别采集的实时环境数据；

所述环境模型修正单元用于根据所述异艇数据接收单元所接收的实时环境数据修正所述环境模型。