CN108549372A - 无人艇控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人艇控制方法及控制装置，其中所述方法包括以下步骤：步骤S1：GPS模块测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块；步骤S2：方向传感模块测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块；步骤S3：中心处理模块接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行。所述装置包括以下模块：GPS模块、方向传感模块、自动识别模块、姿态传感模块、风传感模块、中心处理模块，本发明提供的一种无人艇控制方法及控制装置能够实时识别无人艇所处的航行环境，灵活控制无人艇的航行方向及航行速度，确保安全行驶。

Description

无人艇控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及无人艇控制技术，尤其涉及无人艇控制方法及控制装置。

背景技术

无人艇是一种无人操作的水面舰艇。主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。如恶劣天气的气象采集、危险工况的数据测量等，都需要无人艇去执行相应的任务。

无人艇航行控制装置是无人艇的核心部件，其性能的优劣直接决定了无人艇执行任务的完成质量。现有的无人艇航行控制装置结构复杂，控制系统繁杂，容易受外界环境干扰，影响无人艇的安全航行。

发明内容

为解决上述无人艇航行过程中易受外界环境干扰影响无人艇安全航行的问题，本发明提供了一种无人艇控制方法及控制装置。

本发明的解决技术问题的技术方案如下：第一个方面，本发明提供了一种无人艇控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：GPS模块测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块；

步骤S2：方向传感模块测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块；

步骤S3：中心处理模块接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行。

进一步地，所述方法还包括：

步骤S4：自动识别模块获取无人艇周围任一船舶的行驶信息并发送至中心处理模块；

步骤S5：GPS模块测量无人艇的航向信息以及航速信息并发送至中心处理模块；

步骤S6：中心处理模块接收所述无人艇周围任一船舶的行使信息，通过判断无人艇与所述无人艇周围任一船舶在行驶过程中任意时刻的距离来控制无人艇偏转或停止。

进一步地，所述方法还包括：

步骤S7：姿态传感模块测量无人艇的俯仰角信息和横滚角信息并发送至中心处理模块；

步骤S8：风传感模块测量风向信息和风速信息并发送至中心处理模块；

步骤S9：中心处理模块判断所述风速信息是否达到设定阈值，若判断结果为是则控制无人艇进入避风状态；

步骤S10：中心处理模块判断所横滚角和俯仰角是否达到设定阈值，若结果为是则控制无人艇进入避风状态。

进一步地，所述步骤S4中的无人艇周围任一船舶的行驶信息包括：位置信息、船号信息、船速信息以及航线信息。

进一步地，所述步骤S6具体包括：

中心处理模块计算无人艇周围任一船舶与无人艇之间的直线距离；

中心处理模块利用获取的所述无人艇周围任一船舶的航线信息判断所述无人艇周围任一船舶航线与无人艇航线是否重合；

若判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇改变航向；

若判断结果为否，则中心处理模块判断所述无人艇周围任一船舶与无人艇直线距离是否大于设定阈值；若判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇正常航行；如果判断结果为否，则中心处理模块控制无人艇停止航行。

进一步地，无人艇停止后，中心处理模块继续判断所述无人艇周围任一船舶与无人艇直线距离是否大于设定阈值，当判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇恢复原航行状态。

进一步地，所述推进电机为对称设置的左推进电机和右推进电机，所述中心处理模块控制无人艇航行或偏转通过分别控制左推进电机和右推进电机的旋转速率实现。

进一步地，所述避风状态为沉入水中或停止航行并将无人艇艇身方向偏转至与风向一致。

进一步地，所述方法还包括：

步骤S11：在所述无人艇沉入水中时继续判断无人艇的俯仰角信息、横滚角信息以及风速信息是否持续小于设定阈值，

若判断结果为否，则中心处理模块控制无人艇保持避风状态；

若判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇上浮并恢复原行驶状态。

第二个方面，本发明提供了一种无人艇控制装置，包括：

GPS模块，其用于测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块；

方向传感模块，其用于测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块；

自动识别模块，其用于获取无人艇周围任一船舶的行驶信息并发送至中心处理模块；

姿态传感模块，其用于测量无人艇的俯仰角信息和横滚角信息并发送至中心处理模块；

风传感模块，其用于测量风向信息和风速信息并发送至中心处理模块。

中心处理模块，其用于接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行。

本发明有益效果如下：

（1）本发明提供的无人艇控制方法能够实时识别无人艇所处的航行环境，灵活控制无人艇的航行方向及航行速度，确保安全行驶。

（2）本发明提供的无人艇控制方法能够识别风或未知气流等复杂的环境影响，控制无人艇下沉或转向以避免无人艇部件的损坏。

（3）本发明提供的无人艇控制方法能够识别周围船舶的行驶信息，并通过计算使无人艇避开周围船舶继续行驶。

（4）本发明提供的无人艇控制装置，其结构简单，易于安装；航行时易于操控转向、启停或下沉，可方便地实现安全行驶的目的。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制在本发明中，其中：

图1是本发明所述无人艇控制方法的流程图；

图2是本发明所述无人艇控制装置的模块图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明所述无人艇航行控制装置及控制方法进行详细说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

实施例一

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，相同的参考标记用于表示相同的部分。

参见图1所示，本发明提供了一种无人艇控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：GPS模块测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块（CPU）；

步骤S2：方向传感模块测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块（CPU）；

步骤S3：中心处理模块（CPU）接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行；

其中，在步骤S3中，上述推进电机为对称设置的左推进电机和右推进电机，中心处理模块（CPU）控制无人艇航行或偏转通过分别控制左推进电机和右推进电机的旋转速率实现。具体为，中心处理模块（CPU）将无人艇航行的控制信息转换成左推进电机和右推进电机的控制信号，通过控制信号控制两个推进电机的旋转速率。此外，中心处理模块（CPU）控制无人艇的航向偏转还可以通过控制方向舵的偏移量来实现。

步骤S4：自动识别模块(AIS)获取无人艇周围任一船舶的行驶信息并发送至中心处理模块（CPU）；

步骤S5：GPS模块测量无人艇的航向信息以及航速信息并发送至中心处理模块（CPU）；

步骤S6：中心处理模块（CPU）接收所述无人艇周围任一船舶的行使信息，通过判断无人艇与所述无人艇周围任一船舶在行驶过程中任意时刻的距离来控制无人艇偏转或停止；

其中，步骤S4中的自动识别模块(AIS)还用于将无人艇的位置、速度、航向信息通过无线发射模块发出，无人艇附近的其他船舶接收。

其中，步骤S6具体包括：

步骤S601：中心处理模块（CPU）通过从自动识别模块(AIS)获取的无人艇周围任一船舶的位置信息、船速信息以及航线信息判断无人艇是否在所述无人艇周围任一船舶的航线上。

步骤S602：中心处理模块（CPU）计算无人艇周围任一船舶船舶与无人艇之间的直线距离R。

步骤S603：中心处理模块（CPU）判断无人艇周围任一船舶航线与无人艇航线是否重合。

如果无人艇航线与船舶航线重合，则中心处理模块（CPU）控制无人艇改变（10度）航向，使无人艇航线不与船舶航线重合。

如果无人艇航线与船舶航线不重合，则中心处理模块（CPU）判断无人艇周围任一船舶与无人艇的直线距离R，如果上述直线距离R大于设定阈值（本实施例为 300米），则中心处理模块（CPU）控制无人艇正常航行。如果上述直线距离R小于等于设定阈值，则中心处理模块（CPU）控制无人艇停止航行，等待船舶与无人艇之间的直线距离R大于设定阈值后继续（按原行驶信息）恢复航行。

在本实施例的步骤S603中，如果判断结果为上述直线距离R大于设定阈值（本实施例为300米），则中心处理模块（CPU）控制无人艇继续按原行驶信息（航线、航速）设置航行。如果判断结果为直线距离R小于等于设定阈值（本实施例为300米），则中心处理模块控制上述无人艇停止航行，并等待船舶与无人艇之间R大于设定阈值后继续航行。

在本实施例的S603中，中心处理模块（CPU）控制无人艇改变航向的具体偏移角度为与初始航向偏移10度。使无人艇航线与上述无人艇周围任一船舶航线不重合。

步骤S7：姿态传感模块测量无人艇的俯仰角信息和横滚角信息并发送至中心处理模块（CPU）。

步骤S8：风传感模块测量风向信息和风速信息并发送至中心处理模块（CPU）。

步骤S9：中心处理模块（CPU）判断所述风速信息是否达到设定阈值，若判断结果为是则控制无人艇进入避风状态。

步骤S10：中心处理模块（CPU）判断所横滚角和俯仰角是否达到设定阈值，若结果为是则控制无人艇进入避风状态。

步骤S11：在所述无人艇沉入水中时继续判断无人艇的俯仰角信息、横滚角信息以及风速信息是否持续小于设定阈值；

若判断结果为否，则中心处理模块（CPU）控制无人艇保持避风状态；

若判断结果为是，则中心处理模块（CPU）控制无人艇上浮并恢复原行驶状态。

本实施例的步骤S9中，上述风速信息的设定阈值为20m/S，上述横滚角和俯仰角的设定阈值为±40°。

本实施例的步骤S11中，上述风速信息的设定阈值为5m/S，上述横滚角和俯仰角的设定阈值为±10°。

参见图2所示，针对于本发明提供的一种无人艇控制方法，本发明还提供了一种无人艇控制装置，包括：

GPS模块，其用于测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块（CPU）；

此外GPS模块还用于测量无人艇的航线信息以及航速信息并发送至中心处理模块（CPU）；

方向传感模块，其用于测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块（CPU）；

自动识别模块(AIS)，其用于获取无人艇周围任一船舶的行驶信息并发送至中心处理模块（CPU）；

姿态传感模块，其用于测量无人艇的俯仰角信息和横滚角信息并发送至中心处理模块（CPU）；

风传感模块，其用于测量风向信息和风速信息并发送至中心处理模块（CPU）。

中心处理模块（CPU），其用于接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行。

此外上述无人艇控制装置还包括有：

推进电机驱动模块，其用于将中心处理模块（CPU）发送的控制信号转化成直接作用于左推进电机和右推进电机的步进电流信号。

浮沉开关控制模块，其用于接收中心处理模块（CPU）发送的上浮或下沉命令，从而控制无人艇的上浮或下沉。

通信接口模块，其用于无人艇的信息（具体包括无人艇的速度、位置、经纬度以及航线信息）与无人艇周围任一船舶（具体包括该船舶的速度、位置、船号以及航线信息）的信息收发。

此外，中心处理模块（CPU）还用于接收所述无人艇周围任一船舶的行使信息，通过判断无人艇与所述无人艇周围任一船舶在行驶过程中任意时刻的距离来控制无人艇偏转或停止。

此外，中心处理模块（CPU）还用于判断所述风速信息是否达到设定阈值，若判断结果为是则控制无人艇进入避风状态；判断所横滚角和俯仰角是否达到设定阈值，若结果为是则控制无人艇进入避风状态。

此外，中心处理模块（CPU）还用于在所述无人艇沉入水中时继续判断无人艇的俯仰角信息、横滚角信息以及风速信息是否持续小于设定阈值，

若判断结果为否，则控制无人艇保持避风状态；

若判断结果为是，则控制无人艇上浮并恢复原行驶状态。

与现有技术相比，本发明提供的无人艇控制方法及控制装置，其装置结构简单合理、连接方便，其控制方法能够实时识别无人艇所处的航行环境，灵活控制无人艇的航行方向及航行速度，确保安全行驶。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人艇控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：GPS模块测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块；

步骤S2：方向传感模块测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块；

步骤S3：中心处理模块接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行。

2.根据权利要求1所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S4：自动识别模块获取无人艇周围任一船舶的行驶信息并发送至中心处理模块；

步骤S5：GPS模块测量无人艇的航线信息以及航速信息并发送至中心处理模块；

步骤S6：中心处理模块接收所述无人艇周围任一船舶的行使信息，通过判断无人艇与所述无人艇周围任一船舶在行驶过程中任意时刻的距离来控制无人艇偏转或停止。

3.根据权利要求1所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S7：姿态传感模块测量无人艇的俯仰角信息和横滚角信息并发送至中心处理模块；

步骤S8：风传感模块测量风向信息和风速信息并发送至中心处理模块；

步骤S9：中心处理模块判断所述风速信息是否达到设定阈值，若判断结果为是则控制无人艇进入避风状态；

步骤S10：中心处理模块判断所横滚角和俯仰角是否达到设定阈值，若结果为是则控制无人艇进入避风状态。

4.根据权利要求2所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述步骤S4中的无人艇周围任一船舶的行驶信息包括：位置信息、船号信息、船速信息以及航线信息。

5.根据权利要求4所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

中心处理模块计算无人艇周围任一船舶与无人艇之间的直线距离；

中心处理模块利用获取的所述无人艇周围任一船舶的航线信息判断所述无人艇周围任一船舶航线与无人艇航线是否重合；

若判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇改变航向；

若判断结果为否，则中心处理模块判断所述无人艇周围任一船舶与无人艇直线距离是否大于设定阈值；若判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇正常航行；如果判断结果为否，则中心处理模块控制无人艇停止航行。

6.根据权利要求5所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，无人艇停止后，中心处理模块继续判断所述无人艇周围任一船舶与无人艇直线距离是否大于设定阈值，当判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇恢复原航行状态。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述推进电机为对称设置的左推进电机和右推进电机，所述中心处理模块控制无人艇航行或偏转通过分别控制左推进电机和右推进电机的旋转速率实现。

8.根据权利要求3所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述避风状态为沉入水中或停止航行并将无人艇艇身方向偏转至与风向一致。

9.根据权利要求3所述的一种无人艇控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S11：在所述无人艇沉入水中时继续判断无人艇的俯仰角信息、横滚角信息以及风速信息是否持续小于设定阈值，

若判断结果为否，则中心处理模块控制无人艇保持避风状态；

若判断结果为是，则中心处理模块控制无人艇上浮并恢复原行驶状态。

10.一种无人艇控制装置，其特征在于，包括：

GPS模块，其用于测量无人艇的经、纬度信息并发送至中心处理模块；

方向传感模块，其用于测量无人艇艇身方向信息并发送至中心处理模块；

自动识别模块，其用于获取无人艇周围任一船舶的行驶信息并发送至中心处理模块；

姿态传感模块，其用于测量无人艇的俯仰角信息和横滚角信息并发送至中心处理模块；

风传感模块，其用于测量风向信息和风速信息并发送至中心处理模块；

中心处理模块，其用于接收所述无人艇的经、纬度信息和艇身方向信息，并根据设置航点经、纬度信息计算出无人艇航行方向，通过控制推进电机从而控制无人艇延所述计算出的无人艇航行方向航行。