CN109189069A - 自主收集水葫芦的小型无人水面艇及其收集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇。包含安置在无人水面艇上的：信息采集模块，获取水面图像、超声波信息；控制模块，与信息采集模块相连，处理采集的图像和超声波信息，自动规划行驶路径、发出行驶指令；电机驱动模块，接收控制模块发出的行驶指令，生成电机差速和PWM波；两个电机，根据电机驱动模块发出的电机差速和PWM波正反转，使无人水面艇在水上运动；水葫芦收集装置，用于收集水葫芦。本发明还涉及一种收集方法，利用信息采集模块获取水面艇周围环境信息，并通过控制模块处理环境信息，计算航线，实现收集水葫芦的无人化、智能化操作，适用于小型湖泊与河道，具有成本低、收集效果好、节约人力的优点。
Description
技术领域
本发明属于智能船舶领域，尤其是指具有智能信息处理系统的能搜索、打捞水面水葫芦的小型无人水面艇。
背景技术
目前智能船舶的发展呈加速趋势，智能船舶已成为未来船舶发展的主要方向。而智能船舶中非常重要的一环便是“信息感知技术”，它使得船舶能够基于各种传感设备、传感网络和信息处理设备，获取船舶自身和周围环境的各种信息，使船舶能够更安全、更自如的航行。
近些年水面环境的污染越来越严峻。人们生活的周围有许多的河流，浅水湖，人工湖等水源。而这些水面经常漂浮树叶，水葫芦等自然界的污染源，尤其是分散累积的水葫芦，如果不及时清理，则会发生腐烂，会严重影响水面质量以及美观。市面上的都是一些大型的机械装备，无法在小型的湖泊与河道等水域使用。而靠人力去打捞，收集，存在效率低，工作强度大等问题。针对水域面积小，污染源分散面积广的特点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇，可以很好的解决这个问题。无人水面艇(unmannedsurface vessel,USV)，是无人操作的水面船只，属于智能船舶领域，可以在水面上实行水面航行的无人化操作，替代人进行一些危险，重复的工作。
为达到上述目的，本发明提出一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇，包含：
信息采集模块，包含摄像头，安装在无人水面艇上，用于采集水面的图像信息；
控制模块，与信息采集模块相连，安装在无人水面艇上，处理采集的图像信息，判断是否有水葫芦，根据距离最近的水葫芦位置信息、自动规划路径并发出行驶指令；
电机驱动模块，与控制模块相连，安装在无人水面艇上，接收控制模块发出的行驶指令，并根据行驶指令生成电机差速；
两个电机，左右对称地安置在无人水面艇上，均与电机驱动模块相连，根据电机驱动模块发出的电机差速，实现正反转，令无人水面艇前进、后退；还根据电机驱动模块产生的两路PWM波，实现无人水面艇左右转；
水葫芦收集装置，与无人水面艇底部连接，用于收集水面的水葫芦。
所述信息采集模块还包括超声波测距传感器，安置在无人水面艇上，并与控制模块信号连接；超声波测距传感器实时测量无人水面艇周边障碍物的位置信息并发送给控制模块，控制模块根据所述障碍物位置信息调整行驶路径。
所述摄像头为高清彩色摄像头，能够获取高分辨率的彩色图像。
本发明的无人水面艇还包含电源模块，所述电源模块包含电池和稳压模块；电池用于给摄像头、超声波测距传感器、控制模块、电机和电机驱动模块提供工作电源；稳压模块，位于电池和控制模块之间，用于保持控制模块工作电压的稳定。
所述收集装置由一个长方形铁丝框和一个尼龙网组成，所述尼龙网固定的套在铁丝框四周。
所述收集装置的铁丝框还与碳纤维管捆绑在一起，用于加固铁丝框。
一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇的收集方法，具体包含以下步骤：
S1、摄像头获取图像并发给控制模块；
S2、控制模块分析接收的图像，判断是否有水葫芦，若没有水葫芦，进入S3；如果有水葫芦，进入S4；
S3、电机驱动模块使无人水面艇朝固定方向转动固定角度，并将在同一地点转动的角度进行累加，当累计转动的角度小于360度时，进入S1；当累积转动角度大于360度时，控制模块将转动角度累记值归零，无人水面艇保持当前方向不变行进50米，进入S1；
S4、控制模块计算判断距离最近的水葫芦的具体方位和距离，规划行驶路线，并根据判断结果发送行驶指令给电机驱动模块；
S5、电机驱动模块产生电机差速，和两路PWM波，驱动电机转动，实现无人水面艇前进、后退、左右转动，到达预定目标，收集装置收集水葫芦，进入S1。
所述步骤S2中，控制模块分析接收的图像，判断是否有水葫芦，具体是通过比较采集图像中水葫芦的颜色与周围颜色的色差。
所述步骤S4中控制模块规划行驶路线时，还接收超声波测距传感器测量的无人水面艇周边障碍物位置信息，并根据所述障碍物位置信息信息实时调整行驶路径。
所述步骤S5中，当电机反转时，无人水面艇后退；当电机正转时，无人水面艇前进；当无人水面艇需要左右转动行驶时，电机驱动模块产生两路占空比不同的PWM波，分别驱动左右电机；当右边电机的占空比大于左边的占空比，无人水面艇向左运行；当左边电机的占空比大于右边的占空比，无人水面艇向右运行。
与现有技术相比，本发明所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇，能通过摄像头和超声波传感器获取水面艇周围环境信息，并通过控制模块计算航线，实现自主收集水葫芦的无人化、智能化操作，特别适用于在小型的湖泊与河道等水域，具有成本低、收集效果好、节约人力资源等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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为本发明的自主收集水葫芦的小型无人水面艇的结构图；
图2为本发明的自主收集水葫芦的小型无人水面艇收集方法的流程图；
图中：1、摄像头；2、控制模块；3、电机驱动模块；4、电机；5、无人水面艇；6、水葫芦收集装置；7、电池；8、稳压模块；9、超声波测距传感器。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术特征、目的和效果，下面结合附图对本发明进行更为详细地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明专利。需要说明的是，这些附图中均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本发明专利。
本发明提出一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇5，用于水面行驶，如图1所示，包含：
信息采集模块，包含摄像头1和超声波测距传感器9，安装在无人水面艇5上。所述摄像头1为高清彩色摄像头1，能够获取高分辨率的彩色图像，用于采集水面图像信息；超声波测距传感器9实时测量无人水面艇5周边障碍物的位置信息(包括方向和距离)；
控制模块2，与信息采集模块的摄像头1和超声波测距传感器9相连，安装在无人水面艇5上。控制模块2处理采集的图像信息，判断是否有水葫芦，并计算最近水葫芦的位置信息(包括方向和距离)、根据所述最近水葫芦的位置信息，自动规划路径并发出行驶指令；所述信息采集模块还接收超声波测距传感器9实时测量无人水面艇5周边障碍物的位置信息，根据所述周边障碍物的位置信息，实时调整行驶路径，并发出新的行驶指令。
优选的，本发明的实施例中，控制模块2采用stm32单片机，具有低功耗、高集成度的特点。
电机驱动模块3，与控制模块2相连，接收控制模块2发出的行驶指令，并根据行驶指令生成电机差速；
两个电机4，左右对称地安置在无人水面艇5上，均与电机驱动模块3相连，根据电机驱动模块3发出的电机差速，实现正反转。当电机4反转时，无人水面艇5后退；当电机4正转时，无人水面艇5前进。当无人水面艇5需要左右转动行驶时，电机驱动模块3产生两路占空比不同的PWM(Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)波，分别驱动左右电机4。当控制模块2判断水葫芦在无人水面艇5左边时，右边电机4的占空比大于左边的占空比，使无人水面艇5向左运行；当控制模块2判断水葫芦在无人水面艇5右边时，左边电机4的占空比大于右边的占空比，使无人水面艇5向右运行。
水葫芦收集装置6，与无人水面艇5底部连接，用于收集水面的水葫芦。所述水葫芦收集装置6由一个长方形铁丝框和一个尼龙网组成，所述尼龙网固定套在铁丝框四周。所述铁丝框还与碳纤维管捆绑在一起，由于碳纤维管质量轻、受力强度大，对铁丝网有很好的加固作用。所述铁丝框也可以是除长方形以外的其它形状。
本发明还包含电源模块，由电池7和稳压模块8构成；电池7用于给摄像头1、超声波测距传感器9、控制模块2、电机4和电机驱动模块3提供工作电源；所述稳压模块8，位于电池7和控制模块2之间，用于保持控制模块2工作电压的稳定。
优选的，本发明电源模块的电池7为8V锂电池；
一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇5的收集方法，如图2所示，具体包含以下步骤：
S1、摄像头1获取图像并发给控制模块2；
S2、控制模块2分析接收的图像，判断是否有水葫芦，若没有水葫芦，进入S3；如果有水葫芦，进入S4；
S3、电机驱动模块3使无人水面艇5朝固定方向转动固定角度，例如逆时针转动30度，并将在同一地点转动的角度进行累加，当累计转动的角度小于360度时，进入S1；当累积转动角度大于360度时，控制模块2将转动角度累记值归零，无人水面艇5保持当前方向不变行进50米，进入S1；
S4、控制模块2计算判断距离最近的水葫芦的具体方位和距离，规划行驶路线，并根据判断结果发送行驶指令给电机驱动模块3；
S5、电机驱动模块3产生电机差速，和两路PWM波，驱动电机4转动，实现无人水面艇5前进、后退、左右转动，到达预定目标，水葫芦收集装置6收集水葫芦，进入S1。
所述步骤S2中，控制模块2分析接收的图像，判断是否有水葫芦，具体是通过比较采集图像中水葫芦的颜色与周围颜色的色差。
所述步骤S4中控制模块2规划行驶路线时，还接收超声波测距传感器9测量的无人水面艇5周边障碍物位置信息，并根据所述障碍物位置信息信息实时调整行驶路径。
与现有技术相比，本发明能自主获取水面艇周围环境信息、计算航线，实现自主收集水葫芦的无人化、智能化操作，特别适用于在小型的湖泊与河道等水域，具有成本低、收集效果好、节约人力资源等优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇，其特征在于，包含：
信息采集模块，包含摄像头，安装在无人水面艇上，用于采集水面的图像信息；
控制模块，与信息采集模块相连，安装在无人水面艇上，处理采集的图像信息，判断是否有水葫芦，根据距离最近的水葫芦位置信息、自动规划路径并发出行驶指令；
电机驱动模块，与控制模块相连，安装在无人水面艇上，接收控制模块发出的行驶指令，并根据行驶指令生成电机差速；
两个电机，左右对称地安置在无人水面艇上，均与电机驱动模块相连，根据电机驱动模块发出的电机差速，实现正反转，令无人水面艇前进、后退；还根据电机驱动模块产生的两路PWM波，实现无人水面艇左右转；
水葫芦收集装置，与无人水面艇底部连接，用于收集水面的水葫芦。
2.如权利要求1所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇，其特征在于，所述信息采集模块还包括超声波测距传感器，安置在无人水面艇上，并与控制模块信号连接；超声波测距传感器实时测量无人水面艇周边障碍物的位置信息并发送给控制模块，控制模块根据所述障碍物位置信息调整行驶路径。
3.如权利要求1所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇，其特征在于，所述摄像头为高清彩色摄像头，能够获取高分辨率的彩色图像。
4.如权利要求2所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇，其特征在于，还包含电源模块，所述电源模块包含电池和稳压模块；电池用于给摄像头、超声波测距传感器、控制模块、电机和电机驱动模块提供工作电源；稳压模块，位于电池和控制模块之间，用于保持控制模块工作电压的稳定。
5.如权利要求1所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇，其特征在于，所述收集装置由一个长方形铁丝框和一个尼龙网组成，所述尼龙网固定的套在铁丝框四周。
6.如权利要求1所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇，其特征在于，所述收集装置的铁丝框还与碳纤维管捆绑在一起，用于加固铁丝框。
7.一种自主收集水葫芦的小型无人水面艇的收集方法，其特征在于，具体包含以下步骤：
S1、摄像头获取图像并发给控制模块；
S2、控制模块分析接收的图像，判断是否有水葫芦，若没有水葫芦，进入S3；如果有水葫芦，进入S4；
S3、电机驱动模块使无人水面艇朝固定方向转动固定角度，并将在同一地点转动的角度进行累加，当累计转动的角度小于360度时，进入S1；当累积转动角度大于360度时，控制模块将转动角度累记值归零，无人水面艇保持当前方向不变行进50米，进入S1；
S4、控制模块计算判断距离最近的水葫芦的具体方位和距离，规划行驶路线，并根据判断结果发送行驶指令给电机驱动模块；
S5、电机驱动模块产生电机差速，和两路PWM波，驱动电机转动，实现无人水面艇前进、后退、左右转动，到达预定目标，收集装置收集水葫芦，进入S1。
8.如权利要求7所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇的收集方法，其特征在于，所述步骤S2中，控制模块分析接收的图像，判断是否有水葫芦，具体是通过比较采集图像中水葫芦的颜色与周围颜色的色差。
9.如权利要求7所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇的收集方法，其特征在于，所述步骤S4中控制模块规划行驶路线时，还接收超声波测距传感器测量的无人水面艇周边障碍物位置信息，并根据所述障碍物位置信息信息实时调整行驶路径。
10.如权利要求7所述的自主收集水葫芦的小型无人水面艇的收集方法，其特征在于，所述步骤S5中，当电机反转时，无人水面艇后退；当电机正转时，无人水面艇前进；当无人水面艇需要左右转动行驶时，电机驱动模块产生两路占空比不同的PWM波，分别驱动左右电机；当右边电机的占空比大于左边的占空比，无人水面艇向左运行；当左边电机的占空比大于右边的占空比，无人水面艇向右运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190111 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |