CN106886220A - 一种高可靠性的无人船控制系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

一种高可靠性的无人船控制系统及其实现方法，由通信模块、电机控制模块、主控模块组成。与传统无人船控制系统相比，本发明将通信功能和电机控制功能从主控模块分离独立成模块，通过CAN总线通信进行信息交互；防止系统问题，提高了系统的稳定性；通信模块、电机控制模块、主控模块之间建立心跳机制可判断各模块是否正常工作；在存在任意模块无法正常工作时，自动启动相应安全保护措施。本发明中增加了多套安全保护措施，在无人船与地面控制系统通信故障、无人船存在模块无法正常工作等情况下，无人船能继续执行任务或者被回收，提高了无人船行驶的稳定性、安全性。

Description

一种高可靠性的无人船控制系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及无人机器人自动控制领域，具体为一种高可靠性的无人船控制系统其实现方法。

背景技术

无人船(Unmanned Surface Vehicle ,USV)将是未来河海环境下各种危险、重复、枯燥任务的主要承担者。无人船的控制系统决定了无人船任务执行效果，将直接影响无人船远程操控的安全性与智能性。由于传统无人将通讯功能集成在主控系统当中，导致主控系统需要处理船控功能的同时耗费大量时间处理通讯相关功能，并且无人船在水中航行的过程中，主控系统出现死机等意外情况，船则无法继续执行任务，并且对船的回收带来不便。

发明内容

本发明的目的是设计一种高可靠的通信实现方法，提高无人船控制通讯系统自动导航的效率及稳定性，并且改善无人船使用的安全性。

本发明采用的技术方案为：

一种高可靠性的无人船控制系统，由通信模块、电机控制模块、主控模块组成，所述通信模块、电机控制模块、主控模块之间通过CAN总线通信；所述无人船控系统主要通信模块从主控模块和电机控制模块获得无人船当前的状态信息，包括无人船位置、姿态、速度、电机转速等，通过无线传输至地面控制系统。地面控制系统通过无线传输发送无人船控制信息，包括无人船任务航点信息，行驶模式信息等，由通信模块接收处理，通过CAN总线转发至主控模块或者电机控制模块。

优选地，所述地面控制系统包括地面控制基站和遥控器。

本发明还提供了一种高可靠性的无人船控制系统的实现方法，包括：所述通信模块、电机控制模块、主控模块之间建立心跳机制判断各模块是否正常工作；在判断任意模块无法正常工作时，自动启动相应安全保护措施。

优选地，当所述通信模块与地面控制系统无线通讯故障时，通信模块通过CAN总线发送“与地面控制系统失联”指令给主控模块，主控模块根据预先设置参数，继续通过CAN通讯控制电机控制模块执行任务直至返航或者直接返航；当所述通信模块无法正常工作时，主控模块无法接受到通信模块的心跳包，则认为通信模块故障且无人船地面控制系统失联，主控模块根据预先设置参数，继续通过CAN通讯控制电机控制模块执行任务直至返航或者者直接返航

优选地，当所述地面控制系统与无人船通信正常，但主控模块无法正常工作，则通信模块和电机控制模块都无法接收到主控模块的心跳包，则认为主控模块故障，此时，通讯模块则上报主控模块故障至地面控制系统，地面控制系统通过无线通信将控制信息发送至通信模块，通信模块通过CAN总线控制电机控制模块，使得无人船执行任务或者返航。

优选地，当所述地面控制系统与无人船通信正常，但电机控制模块无法正常工作，则主控模块无法接收到电机控制模块的心跳包，则认为电机控制模块无法正常工作，主控模块自动启用自身的备用控制电机的接口，保证无人船执行任务的继续进行

优选地，当所述通信模块和主控模块都无法正常工作时，地面控制系统发出与无人船失联的声音告警提示。电机控制模块无法接收其心跳包，电机控制模块根据预先设置使得无人船在当前位置停止或者以预先设定的最低速度直行直至靠岸。

优选地，当所述通信模块和电机控制模块都无法正常工作时，主控模块无法接收其心跳包，主控模块自动启动备用控制电机接口，通过预先设置参数使无人船停止或以预先设定的最低速度直行直至靠岸。

优选地，当所述通讯模块、主控模块和电机控制模块都无法正常工作时，则船停止活动，地面控制系统声音报警，提示根据船当前位置及时打捞。

本发明的有益效果为：本发明将通信功能和电机控制功能从主控模块分离独立成模块，通过CAN总线通信进行信息交互；本发明中增加了多套安全保护措施，在无人船与地面控制系统通信故障、无人船存在模块无法正常工作等情况下，无人船能继续执行任务或者被回收，提高了无人船行驶的稳定性、安全性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，如附图1所示，本发明提供的一种高可靠性的无人船控制系统，由互相之间通过CAN总线6连接的通信模块2、电机控制模块1和主控模块3组成；通信模块2通过CAN总线6从主控模块3和电机控制模块1获得无人船当前的状态信息，通过无线通信7上报至地面控制系统5，并且接受地面控制系统5的控制信息，地面控制系统5包括地面控制基站和遥控器，将控制信息转发至主控模块3或者电机控制模块1。其中主控模块3或者电机控制模块1与电机输出4连接。

如附图2所示，本发明提供的一种高可靠性的无人船控制系统的实现方法，在通信模块、电机控制模块、主控模块之间建立心跳机制判断各模块是否正常工作；在判断任意模块无法正常工作时，自动启动相应安全保护措施。

该无人船控制系统的实现方法的步骤流程为：

当所述通信模块与地面控制系统无线通讯故障时，通信模块通过CAN总线发送“与地面控制系统失联”指令给主控模块，主控模块根据预先设置参数，继续通过CAN通讯控制电机控制模块执行任务直至返航或者直接返航；当所述通信模块无法正常工作时，主控模块无法接受到通信模块的心跳包，则认为通信模块故障且无人船地面控制系统失联，主控模块根据预先设置参数，继续通过CAN通讯控制电机控制模块执行任务直至返航或者者直接返航

当所述地面控制系统与无人船通信正常，但主控模块无法正常工作，则通信模块和电机控制模块都无法接收到主控模块的心跳包，则认为主控模块故障，此时，通讯模块则上报主控模块故障至地面控制系统，地面控制系统通过无线通信将控制信息发送至通信模块，通信模块通过CAN总线控制电机控制模块，使得无人船执行任务或者返航。

当所述地面控制系统与无人船通信正常，但电机控制模块无法正常工作，则主控模块无法接收到电机控制模块的心跳包，则认为电机控制模块无法正常工作，主控模块自动启用自身的备用控制电机的接口，保证无人船执行任务的继续进行

当所述通信模块和主控模块都无法正常工作时，地面控制系统发出与无人船失联的声音告警提示。电机控制模块无法接收其心跳包，电机控制模块根据预先设置使得无人船在当前位置停止或者以预先设定的最低速度直行直至靠岸。

当所述通信模块和电机控制模块都无法正常工作时，主控模块无法接收其心跳包，主控模块自动启动备用控制电机接口，通过预先设置参数使无人船停止或以预先设定的最低速度直行直至靠岸。

当所述通讯模块、主控模块和电机控制模块都无法正常工作时，则船停止活动，地面控制系统声音报警，提示根据船当前位置及时打捞。

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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高可靠性的无人船控制系统，其特征在于：由通信模块、电机控制模块、主控模块组成，所述通信模块、电机控制模块、主控模块之间通过CAN总线通信；所述通信模块从主控模块和电机控制模块获得无人船当前的状态信息，包括无人船位置、姿态、速度、电机转速，通过无线传输至地面控制系统；所述地面控制系统通过无线传输发送无人船的控制信息，包括无人船任务航点信息，行驶模式信息，由通信模块接收处理，通过CAN总线转发至主控模块或者电机控制模块。

2.一种如权利要求1所述的高可靠性的无人船控制系统，其特征在于：所述地面控制系统包括地面控制基站和遥控器。

3.一种实现如权利要求1所述的高可靠性的无人船控制系统的方法，特征在于：所述通信模块、电机控制模块、主控模块之间建立心跳机制判断各模块是否工作异常；在判断任意模块无法正常工作时，自动启动相应安全保护措施。

4.一种如权利要求3所述的高可靠性的无人船控制系统的实现方法，特征在于：

当所述通信模块与地面控制系统无线通讯故障时，通信模块通过CAN总线发送“与地面控制系统失联”指令给主控模块，主控模块根据预先设置参数，继续通过CAN通讯控制电机控制模块执行任务直至返航或者直接返航；当所述通信模块无法正常工作时，主控模块无法接受到通信模块的心跳包，则认为通信模块故障且无人船地面控制系统失联，主控模块根据预先设置参数，继续通过CAN通讯控制电机控制模块执行任务直至返航或者者直接返航。

5.一种如权利要求3所述的高可靠性的无人船控制系统的实现方法，特征在于：

当所述地面控制系统与无人船通信正常，但主控模块无法正常工作，则通信模块和电机控制模块都无法接收到主控模块的心跳包，则认为主控模块故障，此时，通讯模块则上报主控模块故障至地面控制系统，地面控制系统通过无线通信将控制信息发送至通信模块，通信模块通过CAN总线控制电机控制模块，使得无人船执行任务或者返航。

6.一种如权利要求3所述的高可靠性的无人船控制系统的实现方法，特征在于：

当所述地面控制系统与无人船通信正常，但电机控制模块无法正常工作，则主控模块无法接收到电机控制模块的心跳包，则认为电机控制模块无法正常工作，主控模块自动启用自身的备用控制电机的接口，保证无人船执行任务的继续进行。

7.一种如权利要求3所述的高可靠性的无人船控制系统的实现方法，特征在于：

当所述通信模块和主控模块都无法正常工作时，地面控制系统发出与无人船失联的声音告警提示。

8.电机控制模块无法接收其心跳包，电机控制模块根据预先设置使得无人船在当前位置停止或者以预先设定的最低速度直行直至靠岸。

9.一种如权利要求3所述的高可靠性的无人船控制系统的实现方法，特征在于：

当所述通信模块和电机控制模块都无法正常工作时，主控模块无法接收其心跳包，主控模块自动启动备用控制电机接口，通过预先设置参数使无人船停止或以预先设定的最低速度直行直至靠岸。

10.一种如权利要求3所述的高可靠性的无人船控制系统的实现方法，特征在于：

当所述通讯模块、主控模块和电机控制模块都无法正常工作时，则船停止活动，地面控制系统声音报警，提示根据船当前位置及时打捞。