CN111781934A - 一种主从分布式协同装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主从分布式协同装置及其控制方法，属于分布式协同控制技术领域，包括中控系统，所述中控系统通过数据线与中控服务器电性连接，所述中控服务器与主控无人船进行远程通讯连接，所述主控无人船分别与若干个从属无人船通讯连接。通过设计的中控系统、中控服务器、主控无人船以及从属无人船，只需要一个中控服务器和中控系统便可实现与主控无人船以及若干个从属无人船的通信，极大地提高了主控无人船与从属无人船之间的协同自主决策和执行编队协同任务的效率，并且使得整个编队具备了极强的分布式计算和处理能力，充分发挥了无人船编队的作业优势，通过对主控无人船和从属无人船任务进行分层分解管理模式，减少中控服务器的压力。

Description

一种主从分布式协同装置及其控制方法

技术领域

本发明属于分布式协同控制技术领域，尤其涉及一种主从分布式协同装置及其控制方法。

背景技术

无人船具有无人且可控等特点，近几年获得了越来越广泛的关注，逐渐成为现代海洋观测技术中的一个重要发展方向，在一些未知领域或者可能存在潜在危险领域的开发探测，利用无人船可以很大程度的减少人力与危险系数，无人船不仅具有上述优点，在价格方面更是拥有无可比拟的优势，同造价昂贵的AUV等比较，几万元至十万元级别的带有定位、导航与控制功能的小型船，其性价比优势不言而喻，在海洋表面活动的无人船运动灵活、可以利用无线电技术可靠通讯、利用GPS技术准确定位，这些特点让无人船变为为一种成本廉价、易于控制与通讯和应用范围广的海洋观测平台，逐步成为海上探测平台研制和应用的热点。

无人船编队能在复杂度高的环境下执行多任务，具有不可忽视的优势，如中国专利网所公开的“基于主从分布式模型预测控制的欠驱动多无人船编队跟踪方法”(专利号：CN 109032136 A)，该专利所解决的技术问题是：以往技术均没有考虑无人船实际的控制输入约束，也没有考虑编队协同的优化性能指标，该专利通过设计的主从式无人船协同跟踪示意图、算法流程图整个无人系统按特定编队的跟踪图以及主无人船对目标的跟踪仿真图等技术方案已解决上述问题，但是该专利仍存有一些不足之处，如采用集中式体系，在中央规划点处对每架无人船进行控制，这种方法存在的问题是带来了大量的通信和计算需求，在实时和灵活性上有所欠缺，同时控制系统可能会因为无人船编队数量较多使得通信负载过大从而致使通信系统的崩溃，进而导致整个无人船编队协同执行任务的失败，因此，现阶段市场上亟需一种主从分布式协同装置及其控制方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决采用集中式体系，在中央规划点处对每架无人船进行控制，这种方法存在的问题是带来了大量的通信和计算需求，在实时和灵活性上有所欠缺，同时控制系统可能会因为无人船编队数量较多使得通信负载过大从而致使通信系统的崩溃，进而导致整个无人船编队协同执行任务失败的问题，而提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种主从分布式协同装置，包括中控系统，所述中控系统通过数据线与中控服务器电性连接，所述中控服务器与主控无人船进行远程通讯连接，所述主控无人船分别与若干个从属无人船通讯连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述主控无人船包括第一主控制模块，所述第一主控制模块通过主控无人船内置通讯模块与中控服务器进行远程通讯连接，所述第一主控制模块的输入端分别与第一GPS定位模块以及第一数据采集装置的输出端电性连接，所述第一主控制模块通过第一热点模块与若干个从属无人船通讯连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述从属无人船包括第二主控制模块，所述第二主控制模块与从属无人船内置通讯模块双向电性连接，所述第二主控制模块的输入端分别与第二GPS定位模块以及第二数据采集装置的输出端电性连接，所述第二主控制模块通过第二热点模块与第一热点模块形成互联。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第一数据采集装置包括第一工控数据采集模块和第一媒体数据采集模块，所述第一工控数据采集模块用于采集与主控无人船所对应的现场控制数据，所述第一媒体数据采集模块用于采集与第一工控数据采集模块相关的多媒体数据。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第二数据采集装置包括第二工控数据采集模块和第二媒体数据采集模块，所述第二工控数据采集模块用于采集与从属无人船所对应的现场控制数据，所述第二媒体数据采集模块用于采集与第二工控数据采集模块相关的多媒体数据。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述包括如下步骤：

步骤S1：第一热点模块自发性创建无线局域网；

步骤S2：主控无人船接收来自中控系统所发出的控制指令，并将协作指令依次发送至若干从属无人船；

步骤S3：从属无人船对所接收到的指令进行识别；

步骤S4：主控无人船和从属无人船按照指令做出响应。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述包括如下步骤：

步骤s1：确定任意一艘无人船为主控无人船，其余无人船为从属无人船，并给予主控无人船最高等级权限；

步骤s2：主控无人船收集从属无人船信息，记录从属无人船ID信息，并给无人船发送信号，进行无线通讯连接；

步骤s3：根据主控无人船和从属无人船之间的链路状态信息通过主控无人船向多架从属无人船分配协作任务；

步骤s4：主控无人船实时向中控服务器发送本身信息以及所获取的监控信息，并将从属无人船信息同步发送中控服务器；

步骤s5：中控系统通过中控服务器获取主控无人船信息以及若干个从属无人船信息，并将所获得的信息进行分类存储和分析；

步骤s6：根据主控无人船和从属无人船之间的运动状态评估链路状态，并根据评估结果更新主控无人船和从属无人船的协作任务。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述主控无人船内置通讯模块以及从属无人船内置通讯模块均采用4G无线通信模块。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述主控无人船内置通讯模块以及从属无人船内置通讯模块的型号均为ME909s-821。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述中控系统用于接收中控服务器所接收到的主控无人船发送的无人船数据，且所述无人船数据包括图像数据和视频数据。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过设计的中控系统、中控服务器、主控无人船以及从属无人船，只需要一个中控服务器和中控系统便可实现与主控无人船以及若干个从属无人船的通信，极大地提高了主控无人船与从属无人船之间的协同自主决策和执行编队协同任务的效率，并且使得整个编队具备了极强的分布式计算和处理能力，充分发挥了无人船编队的作业优势，通过对主控无人船和从属无人船任务进行分层分解管理模式，减少中控服务器的压力。

2、本发明中，通过设计的第一数据采集装置，第一工控数据采集模块用于采集与主控无人船所对应的现场控制数据，第一媒体数据采集模块用于采集与第一工控数据采集模块相关的多媒体数据，通过设计的第二数据采集装置，第二工控数据采集模块用于采集与从属无人船所对应的现场控制数据，第二媒体数据采集模块用于采集与第二工控数据采集模块相关的多媒体数据。

3、本发明中，通过设计的第一热点模块和第二热点模块，用于主控无人船与从属无人船之间自动组网，通过设计的第一GPS定位模块，第一GPS定位模块用于定位主控无人船所处的海域，通过设计的第二GPS定位模块，第二GPS定位模块用于定位从属无人船所处的海域。

附图说明

图1为本发明提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法中无人船编队的模块结构示意图；

图2为本发明提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法中无人船编队通信系统的系统架构图；

图3为本发明提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法的流程图；

图4为本发明提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法的详细流程图；

图5为本发明提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法中第一数据采集装置的部分结构框图；

图6为本发明提出的一种主从分布式协同装置及其控制方法中第二数据采集装置的部分结构框图。

图例说明：

1、中控系统；2、中控服务器；3、主控无人船；31、第一主控制模块；32、通讯模块；33、第一GPS定位模块；34、第一数据采集装置；341、第一工控数据采集模块；342、第一媒体数据采集模块；35、第一热点模块；4、从属无人船；41、第二主控制模块；42、通讯模块；43、第二GPS定位模块；44、第二数据采集装置；441、第二工控数据采集模块；442、第二媒体数据采集模块；45、第二热点模块。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种主从分布式协同装置，包括中控系统1，中控系统1通过数据线与中控服务器2电性连接，中控服务器2与主控无人船3进行远程通讯连接，主控无人船3分别与若干个从属无人船4通讯连接。

具体的，如图2所示，主控无人船3包括第一主控制模块31，第一主控制模块31通过主控无人船3内置通讯模块32与中控服务器2进行远程通讯连接，第一主控制模块31的输入端分别与第一GPS定位模块33以及第一数据采集装置34的输出端电性连接，通过设计的第一GPS定位模块33，第一GPS定位模块33用于定位主控无人船3所处的海域，第一主控制模块31通过第一热点模块35与若干个从属无人船4通讯连接。

具体的，如图2所示，从属无人船4包括第二主控制模块41，第二主控制模块41与从属无人船4内置通讯模块42双向电性连接，第二主控制模块41的输入端分别与第二GPS定位模块43以及第二数据采集装置44的输出端电性连接，通过设计的第二GPS定位模块43，第二GPS定位模块43用于定位从属无人船4所处的海域，第二主控制模块41通过第二热点模块45与第一热点模块35形成互联，通过设计的第一热点模块35和第二热点模块45，用于主控无人船3与从属无人船4之间自动组网。

具体的，如图5所示，第一数据采集装置34包括第一工控数据采集模块341和第一媒体数据采集模块342，第一工控数据采集模块341用于采集与主控无人船3所对应的现场控制数据，第一媒体数据采集模块342用于采集与第一工控数据采集模块341相关的多媒体数据，通过设计的第一数据采集装置34，第一工控数据采集模块341用于采集与主控无人船3所对应的现场控制数据，第一媒体数据采集模块342用于采集与第一工控数据采集模块341相关的多媒体数据。

具体的，如图6所示，第二数据采集装置44包括第二工控数据采集模块441和第二媒体数据采集模块442，第二工控数据采集模块441用于采集与从属无人船4所对应的现场控制数据，第二媒体数据采集模块442用于采集与第二工控数据采集模块441相关的多媒体数据，通过设计的第二数据采集装置44，第二工控数据采集模块441用于采集与从属无人船4所对应的现场控制数据，第二媒体数据采集模块442用于采集与第二工控数据采集模块441相关的多媒体数据。

具体的，如图3所示，包括如下步骤：

步骤S1：第一热点模块35自发性创建无线局域网；

步骤S2：主控无人船3接收来自中控系统所发出的控制指令，并将协作指令依次发送至若干从属无人船4；

步骤S3：从属无人船4对所接收到的指令进行识别；

步骤S4：主控无人船3和从属无人船4按照指令做出响应。

具体的，如图4所示，包括如下步骤：

步骤s1：确定任意一艘无人船为主控无人船3，其余无人船为从属无人船4，并给予主控无人船3最高等级权限；

步骤s2：主控无人船3收集从属无人船4信息，记录从属无人船4ID信息，并给无人船发送信号，进行无线通讯连接；

步骤s3：根据主控无人船3和从属无人船4之间的链路状态信息通过主控无人船3向多架从属无人船4分配协作任务；

步骤s4：主控无人船3实时向中控服务器2发送本身信息以及所获取的监控信息，并将从属无人船4信息同步发送中控服务器2；

步骤s5：中控系统1通过中控服务器2获取主控无人船3信息以及若干个从属无人船4信息，并将所获得的信息进行分类存储和分析；

步骤s6：根据主控无人船3和从属无人船4之间的运动状态评估链路状态，并根据评估结果更新主控无人船3和从属无人船4的协作任务。

具体的，如图2所示，主控无人船3内置通讯模块32以及从属无人船4内置通讯模块42均采用4G无线通信模块。

具体的，如图2所示，主控无人船3内置通讯模块32以及从属无人船4内置通讯模块42的型号均为ME909s-821。

具体的，如图2所示，中控系统1用于接收中控服务器2所接收到的主控无人船3发送的无人船数据，且无人船数据包括图像数据和视频数据。

工作原理：使用时，第一热点模块35自发性创建无线局域网，主控无人船3接收来自中控系统所发出的控制指令，并将协作指令依次发送至若干从属无人船4，从属无人船4对所接收到的指令进行识别，主控无人船3和从属无人船4按照指令做出响应，确定任意一艘无人船为主控无人船3，其余无人船为从属无人船4，并给予主控无人船3最高等级权限，主控无人船3收集从属无人船4信息，记录从属无人船4ID信息，并给无人船发送信号，进行无线通讯连接，根据主控无人船3和从属无人船4之间的链路状态信息通过主控无人船3向多架从属无人船4分配协作任务，主控无人船3实时向中控服务器2发送本身信息以及所获取的监控信息，并将从属无人船4信息同步发送中控服务器2，中控系统1通过中控服务器2获取主控无人船3信息以及若干个从属无人船4信息，并将所获得的信息进行分类存储和分析，根据主控无人船3和从属无人船4之间的运动状态评估链路状态，并根据评估结果更新主控无人船3和从属无人船4的协作任务。

以上，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主从分布式协同装置，其特征在于，包括中控系统(1)，所述中控系统(1)通过数据线与中控服务器(2)电性连接，所述中控服务器(2)与主控无人船(3)进行远程通讯连接，所述主控无人船(3)分别与若干个从属无人船(4)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种主从分布式协同装置，其特征在于，所述主控无人船(3)包括第一主控制模块(31)，所述第一主控制模块(31)通过主控无人船(3)内置通讯模块(32)与中控服务器(2)进行远程通讯连接，所述第一主控制模块(31)的输入端分别与第一GPS定位模块(33)以及第一数据采集装置(34)的输出端电性连接，所述第一主控制模块(31)通过第一热点模块(35)与若干个从属无人船(4)通讯连接。

3.根据权利要求2所述的一种主从分布式协同装置，其特征在于，所述从属无人船(4)包括第二主控制模块(41)，所述第二主控制模块(41)与从属无人船(4)内置通讯模块(42)双向电性连接，所述第二主控制模块(41)的输入端分别与第二GPS定位模块(43)以及第二数据采集装置(44)的输出端电性连接，所述第二主控制模块(41)通过第二热点模块(45)与第一热点模块(35)形成互联。

4.根据权利要求2所述的一种主从分布式协同装置，其特征在于，所述第一数据采集装置(34)包括第一工控数据采集模块(341)和第一媒体数据采集模块(342)，所述第一工控数据采集模块(341)用于采集与主控无人船(3)所对应的现场控制数据，所述第一媒体数据采集模块(342)用于采集与第一工控数据采集模块(341)相关的多媒体数据。

5.根据权利要求3所述的一种主从分布式协同装置，其特征在于，所述第二数据采集装置(44)包括第二工控数据采集模块(441)和第二媒体数据采集模块(442)，所述第二工控数据采集模块(441)用于采集与从属无人船(4)所对应的现场控制数据，所述第二媒体数据采集模块(442)用于采集与第二工控数据采集模块(441)相关的多媒体数据。

6.一种主从分布式协同装置，其特征在于，所述一种主从分布式协同装置的控制方法为权利要求1-6所述的一种主从分布式协同装置的控制方法，所述包括如下步骤：

步骤S1：第一热点模块(35)自发性创建无线局域网；

步骤S2：主控无人船(3)接收来自中控系统所发出的控制指令，并将协作指令依次发送至若干从属无人船(4)；

步骤S3：从属无人船(4)对所接收到的指令进行识别；

步骤S4：主控无人船(3)和从属无人船(4)按照指令做出响应。

7.根据权利要求6所述的一种主从分布式协同装置的控制方法，其特征在于，所述包括如下步骤：

步骤s1：确定任意一艘无人船为主控无人船(3)，其余无人船为从属无人船(4)，并给予主控无人船(3)最高等级权限；

步骤s2：主控无人船(3)收集从属无人船(4)信息，记录从属无人船(4)ID信息，并给无人船发送信号，进行无线通讯连接；

步骤s3：根据主控无人船(3)和从属无人船(4)之间的链路状态信息通过主控无人船(3)向多架从属无人船(4)分配协作任务；

步骤s4：主控无人船(3)实时向中控服务器(2)发送本身信息以及所获取的监控信息，并将从属无人船(4)信息同步发送中控服务器(2)；

步骤s5：中控系统(1)通过中控服务器(2)获取主控无人船(3)信息以及若干个从属无人船(4)信息，并将所获得的信息进行分类存储和分析；

步骤s6：根据主控无人船(3)和从属无人船(4)之间的运动状态评估链路状态，并根据评估结果更新主控无人船(3)和从属无人船(4)的协作任务。

8.根据权利要求7所述的一种主从分布式协同装置及其控制方法，其特征在于，所述主控无人船(3)内置通讯模块(32)以及从属无人船(4)内置通讯模块(42)均采用4G无线通信模块。

9.根据权利要求7所述的一种主从分布式协同装置及其控制方法，其特征在于，所述主控无人船(3)内置通讯模块(32)以及从属无人船(4)内置通讯模块(42)的型号均为ME909s-821。

10.根据权利要求7所述的一种主从分布式协同装置及其控制方法，其特征在于，所述中控系统(1)用于接收中控服务器(2)所接收到的主控无人船(3)发送的无人船数据，且所述无人船数据包括图像数据和视频数据。

Images