CN113820970A - 一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统、控制方法及计算机可读介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多智能体协同工作领域的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统、控制方法及计算机可读介质；系统包括自主避障无人艇、自主起停无人机和监控终端。方法包括：S1.监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号；S2.自主避障无人艇检测周围没有障碍物；S3.自主避障无人艇发送起飞指令至自主起停无人机；S4.自主起停无人机开始空中航行；S5.监控终端向自主避障无人艇发送降落信号；S6.自主避障无人艇检测周围没有障碍物；S7.自主避障无人艇发送降落指令至自主起停无人机；S8.自主起停无人机降落。计算机可读介质包括无人艇主程序和无人机主程序。本发明能够实现复杂海域大面积远距离的监控。
Description
技术领域
本发明涉及多智能体协同工作领域，具体涉及一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统、控制方法及计算机可读介质。
背景技术
近年来，随着科技的快速发展及海洋经济的快速提高，海域应急处置压力也持续增大，由于水上应急作业具有危险性大的特点，严重制约了海洋安全保障能力的提升。无人机具有作业距离远，检测范围大，机动性高的优点，但是存在续航时间短的缺点；无人艇具有续航时间长，但是灵活性差的特点。
因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种自主无人机/无人艇协同系统建立在无人机与无人艇优势基础之上，兼具无人机与无人艇的优点，即可单独工作也可编队进行工作，极大提升系统完成复杂任务的能力。
发明内容
本发明为了克服上述背景技术存在的问题，提出了一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统、控制方法及计算机可读介质。
本发明采用以下技术方案：
一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，包括：
自主避障无人艇，所述自主避障无人艇包括第一MCU控制单元、第一电源单元、第一传感单元、第一驱动单元和第一通信单元；所述第一电源单元的输出端与所述第一MCU控制单元的输入端连接，用于为所述第二MCU控制单元供电；所述第一传感单元与所述第一MCU控制单元连接，用于检测所述自主避障无人艇的周围环境；所述第一驱动单元的输入端与所述第一MCU控制单元的输出端连接，用于驱动所述自主避障无人艇的运行；所述第一通信单元与所述第一MCU控制单元连接，用于互相传输数据；所述自主避障无人艇还设置有用于自主起停无人机停机的停机坪；
自主起停无人机，所述自主起停无人机包括第二MCU控制单元、第二电源单元、第二传感单元、视觉单元、第二驱动单元和第二通信单元；所述第二电源单元的输出端与所述第二MCU控制单元的输入端连接，用于为所述第二MCU控制单元供电；所述第二传感单元与所述第二MCU控制单元连接，用于检测所述自主起停无人机运行时的状态；所述视觉单元与所述第二MCU控制单元连接，用于检测所述自主避障无人艇的停机坪的位置；所述第二驱动单元的输入端与所述第二MCU控制单元的输出端连接，用于驱动所述自主起停无人机的运行；所述第二通信单元与所述第二MCU控制单元连接，用于互相传输数据；
监控终端，所述监控终端包括信息显示单元、控制单元和第三通信单元；所述信息显示单元与所述第三通信单元连接，用于显示所述自主避障无人艇和所述自主起停无人机的运行信息；所述控制单元和所述第三通信单元连接，用于互相传输数据。
优选的，所述自主避障无人艇的第一通信单元与所述自主起停无人机的第二通信单元以及所述控制单元的第三通信单元连接，用于所述自主避障无人艇、所述自主起停无人机和所述监控终端之间的数据传输。
进一步的，所述协同控制系统还包括：
所述第一MCU控制单元包括基于Cortex-M3架构的STM32F103C8T6芯片；
所述第一电源单元以及所述第二电源单元都包括7.4V航模电池与降压模块；所述降压模块采用LM2596芯片，用于将所述7.4V航模电池的7.4V直流电转换成5V交流电；
所述第一传感单元包括超声波传感器和第一GPS模块；所述超声波传感器用于检测所述自主避障无人艇的周围环境的障碍物；所述第一GPS模块用于记录所述障碍物的位置；
所述第一驱动单元包括电机驱动模块与直流电机；所述电机驱动模块驱动直流电机用于所述自主避障无人艇的运行和改变运行方向；
所述第一通信单元以及第二通信单元都包括SX1278 LoRa无线通讯芯片；
所述第二MCU控制单元包括基于Cortex-M4架构的STM32F407VET6芯片；
所述第二传感单元包括第二GPS模块，光流传感器，第一惯性传感器，气压计和电子罗盘；所述第二GPS模块用于检测所述自主起停无人机的位置；所述光流传感器用于检测所述自主起停无人机的光流信息，所述第一惯性传感器用于检测所述自主起停无人机的角度信息；所述气压计用于检测所述自主起停无人机的气压信息；所述电子罗盘用于检测所述自主起停无人机的运行方向信息；
所述视觉单元包括树莓派4B和单目摄像头；所述树莓派4B和单目摄像头用于检测所述自主避障无人艇的停机坪的位置；
所述第二驱动单元包括无刷电机与电子调速器；所述无刷电机与电子调速器用于驱动所述自主起停无人机运行和改变运行方向。
进一步的，所述自主避障无人艇还设置有用于自主起停无人机停机的停机坪，其中所述停机坪包括：
第三MCU控制单元，所述第三MCU控制单元包括基于Cortex-M3架构的STM32F103C8T6芯片，用于采集第三传感单元检测的所述停机坪的倾斜角度；
第三电源单元，所述第三电源单元的输出端与所述第三MCU控制单元的输入端连接，用于为所述所述第三MCU控制单元供电；所述第三电源单元包括7.4V航模电池与降压模块；所述降压模块采用LM2596芯片，用于将所述7.4V航模电池的7.4V直流电转换成5V交流电；
第三传感单元，所述第三传感单元与所述第三MCU控制单元连接，所述第三传感单元包括第二惯性传感器，用于检测所述停机坪的倾斜角度；
第三驱动单元，所述第三驱动单元的输入端与所述第三MCU控制单元的输出端连接，所述第三驱动单元包括舵机控制板与两个数字舵机，用于获取所述第三MCU控制单元采集的所述停机坪的倾斜角度，并对所述停机坪的倾斜角度进行修正。
本发明还提供一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，应用于上述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，所述协同控制方法包括：
S1.自主避障无人艇在海上航行时，监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号；
S2.自主避障无人艇接收监控终端发送的起飞信号，检测周围是否有障碍物；是则返回步骤S1；否则执行步骤S3；
S3.自主避障无人艇发送起飞指令至停靠在自主避障无人艇的停机坪的自主起停无人机；
S4.自主起停无人机接收自主避障无人艇发送的起飞指令并起飞，开始空中航行；
S5.监控终端向自主避障无人艇发送降落信号；
S6.自主避障无人艇接收监控终端发送的降落信号，检测周围是否有障碍物；是则返回步骤S5；否则执行步骤S7；
S7.自主避障无人艇发送降落指令至在空中飞行的自主起停无人机；
S8.自主起停无人机接收自主避障无人艇发送的降临指令并降落。
进一步的，所述步骤S8还包括：
S81.自主起停无人机通过GPS功能检测到自主避障无人艇的位置，完成一次定位；
S82.自主起停无人机通过图像识别功能检测到自主避障无人艇的停机坪，完成二次定位；
S83.自主起停无人机降落至自主避障无人艇的停机坪。
进一步的，所述自主避障无人艇在海上航行的过程中通过LoRa无线通讯，获取自主起停无人机的运行信息，并发送自主避障无人艇和自主起停无人机的运行信息至所述监控终端。
进一步的，所述运行信息包括：
所述自主避障无人艇的实时经纬度信息、周围的障碍物的位置信息以及运行速度；
所述自主起停无人机的实时经纬度信息、角度信息、加速度信息以及运行速度。
进一步的，所述步骤S1和所述步骤S5中所述监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号以及监控终端向自主避障无人艇发送降落信号通过LoRa无线通讯完成，且无线通讯过程包括使用第一通讯协议帧，所述第一通讯协议帧包括数据帧头、数据发送方即监控终端、自主避障无人艇的运行模式、数据长度、自主起停无人机的目标坐标点、自主避障无人艇的目标坐标点、异或校验位和数据帧尾。
进一步的，所述自主避障无人艇和所述监控终端的无线通讯过程包括使用第二通讯协议帧，所述第二通讯协议帧包括数据帧头、数据发送方即自主避障无人艇、自主避障无人艇和自主起停无人机的运行模式位、数据长度位、自主起停无人机位置数据位、自主起停无人机位姿数据位、自主起停无人机状态数据位、自主避障无人艇位置数据位、自主避障无人艇速度数据位、自主避障无人艇状态数据位、异或校验位和数据帧尾。
本发明还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序包括无人艇主程序和无人机主程序，所述无人艇主程序和无人机主程序被处理器执行时实现上述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法。
本发明的有益效果如下：
1、本发明能够实现复杂海域大面积远距离的监控，是解决海域应急处置精准定位、高效通信、安全起降的一种新型解决方案。
2、本发明以无人机和无人艇为载体，通过低功耗广域物联网技术实现无人机与无人艇之间的远距离通信；通过GPS与机器视觉融合技术实现无人机的精准降落达到无人机与无人艇之间的高精度定位，高效率通信及安全起降。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统的自主避障无人艇和监控终端的结构以及连接图。
图2是本发明实施例一的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统的自主起停无人机的结构图以及和自主避障无人艇的连接图。
图3是本发明实施例二的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法的主流程图。
图4是本发明实施例二的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法的子流程图。
图5是本发明实施例三的一种计算机可读介质存储的无人艇主程序图一。
图6是本发明实施例三的一种计算机可读介质存储的无人艇主程序图二。
图7是本发明实施例三的一种计算机可读介质存储的无人机主程序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，包括：
自主避障无人艇，自主避障无人艇包括第一MCU控制单元、第一电源单元、第一传感单元、第一驱动单元和第一通信单元；第一电源单元的输出端与第一MCU控制单元的输入端连接，用于为第二MCU控制单元供电；第一传感单元与第一MCU控制单元连接，用于检测自主避障无人艇的周围环境；第一驱动单元的输入端与第一MCU控制单元的输出端连接，用于驱动自主避障无人艇的运行；第一通信单元与第一MCU控制单元连接，用于互相传输数据；自主避障无人艇还设置有用于自主起停无人机停机的停机坪；
自主起停无人机，自主起停无人机包括第二MCU控制单元、第二电源单元、第二传感单元、视觉单元、第二驱动单元和第二通信单元；第二电源单元的输出端与第二MCU控制单元的输入端连接，用于为第二MCU控制单元供电；第二传感单元与第二MCU控制单元连接，用于检测自主起停无人机运行时的状态；视觉单元与第二MCU控制单元连接，用于检测自主避障无人艇的停机坪的位置；第二驱动单元的输入端与第二MCU控制单元的输出端连接，用于驱动自主起停无人机的运行；第二通信单元与第二MCU控制单元连接，用于互相传输数据；
监控终端，监控终端包括信息显示单元、控制单元和第三通信单元；信息显示单元与第三通信单元连接，用于显示自主避障无人艇和自主起停无人机的运行信息；控制单元和第三通信单元连接，用于互相传输数据。
自主避障无人艇的第一通信单元与自主起停无人机的第二通信单元以及控制单元的第三通信单元连接，用于自主避障无人艇、自主起停无人机和监控终端之间的数据传输。
协同控制系统还包括：
第一MCU控制单元包括基于Cortex-M3架构的STM32F103C8T6芯片；
第一电源单元以及第二电源单元都包括7.4V航模电池与降压模块；降压模块采用LM2596芯片，用于将7.4V航模电池的7.4V直流电转换成5V交流电；
第一传感单元包括超声波传感器和第一GPS模块；超声波传感器用于检测自主避障无人艇的周围环境的障碍物；第一GPS模块用于记录障碍物的位置；
第一驱动单元包括电机驱动模块与直流电机；电机驱动模块驱动直流电机用于自主避障无人艇的运行和改变运行方向；
第一通信单元以及第二通信单元都包括SX1278 LoRa无线通讯芯片；
第二MCU控制单元包括基于Cortex-M4架构的STM32F407VET6芯片；
第二传感单元包括第二GPS模块、光流传感器、第一惯性传感器、气压计和电子罗盘；第二GPS模块用于检测自主起停无人机的位置；光流传感器用于检测自主起停无人机的光流信息，第一惯性传感器用于检测自主起停无人机的角度信息；气压计用于检测自主起停无人机的气压信息；电子罗盘用于检测自主起停无人机的运行方向信息；
视觉单元包括树莓派4B和单目摄像头；树莓派4B和单目摄像头用于检测自主避障无人艇的停机坪的位置；
第二驱动单元包括无刷电机与电子调速器；无刷电机与电子调速器用于驱动自主起停无人机运行和改变运行方向。
自主避障无人艇还设置有用于自主起停无人机停机的停机坪，其中停机坪包括：
第三MCU控制单元，第三MCU控制单元包括基于Cortex-M3架构的STM32F103C8T6芯片，用于采集第三传感单元检测的停机坪的倾斜角度；
第三电源单元，第三电源单元的输出端与第三MCU控制单元的输入端连接，用于为第三MCU控制单元供电；第三电源单元包括7.4V航模电池与降压模块；降压模块采用LM2596芯片，用于将7.4V航模电池的7.4V直流电转换成5V交流电；
第三传感单元，第三传感单元与第三MCU控制单元连接，第三传感单元包括第二惯性传感器，用于检测停机坪的倾斜角度；
第三驱动单元，第三驱动单元的输入端与第三MCU控制单元的输出端连接，第三驱动单元包括舵机控制板与两个数字舵机，用于获取第三MCU控制单元采集的停机坪的倾斜角度，并对停机坪的倾斜角度进行修正。
实施例二：
如图3所示，本实施例的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法的主流程如下：
S1.自主避障无人艇在海上航行时，监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号；
S2.自主避障无人艇接收监控终端发送的起飞信号，检测周围是否有障碍物；是则返回步骤S1；否则执行步骤S3；
S3.自主避障无人艇发送起飞指令至停靠在自主避障无人艇的停机坪的自主起停无人机；
S4.自主起停无人机接收自主避障无人艇发送的起飞指令并起飞，开始空中航行；
S5.监控终端向自主避障无人艇发送降落信号；
S6.自主避障无人艇接收监控终端发送的降落信号，检测周围是否有障碍物；是则返回步骤S5；否则执行步骤S7；
S7.自主避障无人艇发送降落指令至在空中飞行的自主起停无人机；
S8.自主起停无人机接收自主避障无人艇发送的降临指令并降落。
其中，步骤S1和步骤S5还包括：
监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号和降落信号通过LoRa无线通讯完成，且无线通讯过程包括使用第一通讯协议帧，第一通讯协议帧包括数据帧头、数据发送方即监控终端、自主避障无人艇的运行模式、数据长度、自主起停无人机的目标坐标点、自主避障无人艇的目标坐标点、异或校验位和数据帧尾。自主避障无人艇在收到第一通讯协议帧后，将第一通讯协议帧所需的数据打包发送回监控终端，然后监控终端将所有数据显示在显示单元上。
自主避障无人艇在海上航行的过程中通过LoRa无线通讯，获取自主起停无人机的运行信息，并发送自主避障无人艇和自主起停无人机的运行信息至监控终端。
自主避障无人艇发送运行信息至监控终端的无线通讯过程包括使用第二通讯协议帧，第二通讯协议帧包括数据帧头、数据发送方即自主避障无人艇、自主避障无人艇和自主起停无人机的运行模式位、数据长度位、自主起停无人机位置数据位、自主起停无人机位姿数据位、自主起停无人机状态数据位、自主避障无人艇位置数据位、自主避障无人艇速度数据位、自主避障无人艇状态数据位、异或校验位和数据帧尾。
运行信息包括：
自主避障无人艇的实时经纬度信息、周围的障碍物的位置信息以及运行速度；
自主起停无人机的实时经纬度信息、角度信息、加速度信息以及运行速度。
如图4所示，本实施例的一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法的步骤S8还包括：
S81.自主起停无人机通过GPS功能检测到自主避障无人艇的位置，完成一次定位；
S82.自主起停无人机通过图像识别功能检测到自主避障无人艇的停机坪，完成二次定位；
S83.自主起停无人机降落至自主避障无人艇的停机坪。
具体为：自主起停无人机接收到降落指令后向自主避障无人艇返回应答信号，自主避障无人艇接收到应答信号后开始向自主起停无人机发送自身经纬度信息，供自主起停无人机进行粗定位，同时，自主起停无人机在接收到自主避障无人艇上发的经纬度数据时，与自身的经纬度信息进行比较，并开始向自主避障无人艇方向靠近，当两设备之间的距离小于GPS的最小精度范围时，使用机器视觉进行精确定位，通过单目摄像头对停机坪的图案进行识别，从而达到精确降落。
实施例三：
本实施例的一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法。其中，计算机程序包括无人艇主程序和无人机主程序，计算机可读介质安装于一外设上，该外设包括串口1，串口2，串口3，基本定时器1，高级定时器3及各个GPIO端口。存储无人艇主程序的计算机可读介质安装于外设提供给自主避障无人艇，存储无人机主程序的计算机可读介质安装于外设提供给自主起停无人机。
其中，提供给自主避障无人艇的外设包括：串口1用于打印无人艇调试信息；串口2用于与第一通信模块进行数据传输，且处于被动接收状态，通过串口接收中断服务函数接收来自无人机与监控终端的数据；串口3用于控制第一GPS模块；基本定时器1用于控制一些基本任务的循环，当计数满0.5s时采集一次第一GPS模块的数据。当无人艇主程序执行时，首先对外设进行初始化，初始化完毕后对所有开辟的软件缓冲区进行清空。
无人艇的串口2接收无人艇的运行模式位决定其的运动状态，运行模式分为三种，当AMODE(运行模式位)为1时为巡航模式，AMODE为2时起飞模式，AMODE为3时降落模式。在巡航模式时，监控终端向无人艇端发送目标经纬度，无人艇收到该数据后自主驶向该位置。当无人艇处于起飞模式时，先采集超声波传感器的数据，并判断周围是否有影响无人机起飞的障碍物，若有障碍物则先进行自主避障，确保起飞安全后向无人机发送起飞指令。当无人艇处于降落模式时，同样先确保没有影响降落的障碍物后，再向无人机发送降落指令，并循环一次向无人机发送一次自身的经纬度信息。
如图5所示，本实施例的一种计算机可读介质存储的无人艇主程序的执行过程如下：
当串口2有数据输入时，进入串口接收中断服务函数。首先对中断标志位进行清除，清除完毕后对数据帧头进行判断，若收到帧头，则将所有数据先存入接收缓冲区中，若检测到未接收到数据帧头，则将接收缓冲区清空。接收到数据帧头后，对剩下的数据进行循环接收，当收到数据帧尾组成时，表明完整数据包接收完毕，进入数据包解析程序，若未接受到数据帧尾，则表明数据接收出错，将串口接收缓冲区清空。
接收到完整数据包后，对数据包进行解析，首先判断数据发送方，若发送方来自监控终端，则进一步判断执行模式位，其中，执行模式位有三种情况，起飞模式及降落模式和巡航模式，首先判断是否为起飞模式，若为起飞模式则将模式标志位AMODE赋值为2，同理，若为降落模式则将标志位AMODE赋值为3，若为巡航模式则将标志位AMODE赋值为1，并将目标GPS位置存入缓冲区。若数据发送方为无人机，则将数据包中的GPS数据及位姿数据进行解析，并存入相应数据缓冲区中。数据处理完毕后对串口接收缓冲区进行清空，准备下一次的数据接收。发送方为无人机的无人艇主程序的执行过程如图6所示。
如图7所示，本实施例的一种计算机可读介质存储的无人机主程序的执行过程如下：
首先对外设进行初始化，其中包括了基本定时器1初始化，串口1，串口2，串口3初始化，各传感器IO接口初始化及姿态的自检。初始化完毕后等待计时器累计时间的触发，当计时满2ms时，对第一惯性传感器的初始数值进行采集并存入缓冲区，当定时器满5ms时，通过先前所采集到第一惯性传感器的初始数据计算当前的加速度，并进行IIR滤波(递归滤波器)；计算陀螺仪角度数据，并滤波；计算无人机高度数据，并滤波。
当定时器计数满20ms时，对GPS的数据进行采集，并判断串口是否接受到了起飞指令，若接收到，则系统延时2s后，将无人机飞至固定高度，并开始往监控终端给出的GPS坐标前进。若接收到降落指令时，首先对无人艇返回一个应答信息，并将自身的位置及姿态信息存入发送缓冲区，通过LoRa无线通信模块发送至无人艇端。若接收到巡航命令信息，则调整飞行姿态至目标区域。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，其特征在于，所述协同控制系统包括：
自主避障无人艇，所述自主避障无人艇包括第一MCU控制单元、第一电源单元、第一传感单元、第一驱动单元和第一通信单元；所述第一电源单元的输出端与所述第一MCU控制单元的输入端连接，用于为所述第二MCU控制单元供电；所述第一传感单元与所述第一MCU控制单元连接，用于检测所述自主避障无人艇的周围环境；所述第一驱动单元的输入端与所述第一MCU控制单元的输出端连接，用于驱动所述自主避障无人艇的运行；所述第一通信单元与所述第一MCU控制单元连接，用于互相传输数据；所述自主避障无人艇还设置有用于自主起停无人机停机的停机坪；
自主起停无人机，所述自主起停无人机包括第二MCU控制单元、第二电源单元、第二传感单元、视觉单元、第二驱动单元和第二通信单元；所述第二电源单元的输出端与所述第二MCU控制单元的输入端连接，用于为所述第二MCU控制单元供电；所述第二传感单元与所述第二MCU控制单元连接，用于检测所述自主起停无人机运行时的状态；所述视觉单元与所述第二MCU控制单元连接，用于检测所述自主避障无人艇的停机坪的位置；所述第二驱动单元的输入端与所述第二MCU控制单元的输出端连接，用于驱动所述自主起停无人机的运行；所述第二通信单元与所述第二MCU控制单元连接，用于互相传输数据；
监控终端，所述监控终端包括信息显示单元、控制单元和第三通信单元；所述信息显示单元与所述第三通信单元连接，用于显示所述自主避障无人艇和所述自主起停无人机的运行信息；所述控制单元和所述第三通信单元连接，用于互相传输数据；
所述协同控制系统还包括：所述自主避障无人艇的第一通信单元与所述自主起停无人机的第二通信单元以及所述控制单元的第三通信单元连接，用于所述自主避障无人艇、所述自主起停无人机和所述监控终端之间的数据传输。
2.根据权利要求1所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，其特征在于，所述协同控制系统还包括：
所述第一MCU控制单元包括基于Cortex-M3架构的STM32F103C8T6芯片；
所述第一电源单元以及所述第二电源单元都包括7.4V航模电池与降压模块；所述降压模块采用LM2596芯片，用于将所述7.4V航模电池的7.4V直流电转换成5V交流电；
所述第一传感单元包括超声波传感器和第一GPS模块；所述超声波传感器用于检测所述自主避障无人艇的周围环境的障碍物；所述第一GPS模块用于记录所述障碍物的位置；
所述第一驱动单元包括电机驱动模块与直流电机；所述电机驱动模块驱动直流电机用于所述自主避障无人艇的运行和改变运行方向；
所述第一通信单元以及第二通信单元都包括SX1278 LoRa无线通讯芯片；
所述第二MCU控制单元包括基于Cortex-M4架构的STM32F407VET6芯片；
所述第二传感单元包括第二GPS模块，光流传感器，第一惯性传感器，气压计和电子罗盘；所述第二GPS模块用于检测所述自主起停无人机的位置；所述光流传感器用于检测所述自主起停无人机的光流信息，所述第一惯性传感器用于检测所述自主起停无人机的角度信息；所述气压计用于检测所述自主起停无人机的气压信息；所述电子罗盘用于检测所述自主起停无人机的运行方向信息；
所述视觉单元包括树莓派4B和单目摄像头；所述树莓派4B和单目摄像头用于检测所述自主避障无人艇的停机坪的位置；
所述第二驱动单元包括无刷电机与电子调速器；所述无刷电机与电子调速器用于驱动所述自主起停无人机运行和改变运行方向。
3.根据权利要求1所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，其特征在于，所述自主避障无人艇还设置有用于自主起停无人机停机的停机坪，其中所述停机坪包括：
第三MCU控制单元，所述第三MCU控制单元包括基于Cortex-M3架构的STM32F103C8T6芯片，用于采集第三传感单元检测的所述停机坪的倾斜角度；
第三电源单元，所述第三电源单元的输出端与所述第三MCU控制单元的输入端连接，用于为所述所述第三MCU控制单元供电；所述第三电源单元包括7.4V航模电池与降压模块；所述降压模块采用LM2596芯片，用于将所述7.4V航模电池的7.4V直流电转换成5V交流电；
第三传感单元，所述第三传感单元与所述第三MCU控制单元连接，所述第三传感单元包括第二惯性传感器，用于检测所述停机坪的倾斜角度；
第三驱动单元，所述第三驱动单元的输入端与所述第三MCU控制单元的输出端连接，所述第三驱动单元包括舵机控制板与两个数字舵机，用于获取所述第三MCU控制单元采集的所述停机坪的倾斜角度，并对所述停机坪的倾斜角度进行修正。
4.一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，应用于权利要求1~3任一项所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统，其特征在于，所述协同控制方法包括：
S1.自主避障无人艇在海上航行时，监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号；
S2.自主避障无人艇接收监控终端发送的起飞信号，检测周围是否有障碍物；是则返回步骤S1；否则执行步骤S3；
S3.自主避障无人艇发送起飞指令至停靠在自主避障无人艇的停机坪的自主起停无人机；
S4.自主起停无人机接收自主避障无人艇发送的起飞指令并起飞，开始空中航行；
S5.监控终端向自主避障无人艇发送降落信号；
S6.自主避障无人艇接收监控终端发送的降落信号，检测周围是否有障碍物；是则返回步骤S5；否则执行步骤S7；
S7.自主避障无人艇发送降落指令至在空中飞行的自主起停无人机；
S8.自主起停无人机接收自主避障无人艇发送的降临指令并降落。
5.根据权利要求4所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，其特征在于，所述步骤S8还包括：
S81.自主起停无人机通过GPS功能检测到自主避障无人艇的位置，完成一次定位；
S82.自主起停无人机通过图像识别功能检测到自主避障无人艇的停机坪，完成二次定位；
S83.自主起停无人机降落至自主避障无人艇的停机坪。
6.根据权利要求4所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，其特征在于，所述自主避障无人艇在海上航行的过程中通过LoRa无线通讯，获取自主起停无人机的运行信息，并发送自主避障无人艇和自主起停无人机的运行信息至所述监控终端。
7.根据权利要求6所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，其特征在于，所述运行信息包括：
所述自主避障无人艇的实时经纬度信息、周围的障碍物的位置信息以及运行速度；
所述自主起停无人机的实时经纬度信息、角度信息、加速度信息以及运行速度。
8.根据权利要求4所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，其特征在于，所述步骤S1和所述步骤S5中所述监控终端向自主避障无人艇发送起飞信号以及监控终端向自主避障无人艇发送降落信号通过LoRa无线通讯完成，且无线通讯过程包括使用第一通讯协议帧，所述第一通讯协议帧包括数据帧头、数据发送方即监控终端、自主避障无人艇的运行模式、数据长度、自主起停无人机的目标坐标点、自主避障无人艇的目标坐标点、异或校验位和数据帧尾。
9.根据权利要求6所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法，其特征在于，所述自主避障无人艇和所述监控终端的无线通讯过程包括使用第二通讯协议帧，所述第二通讯协议帧包括数据帧头、数据发送方即自主避障无人艇、自主避障无人艇和自主起停无人机的运行模式位、数据长度位、自主起停无人机位置数据位、自主起停无人机位姿数据位、自主起停无人机状态数据位、自主避障无人艇位置数据位、自主避障无人艇速度数据位、自主避障无人艇状态数据位、异或校验位和数据帧尾。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括无人艇主程序和无人机主程序，所述无人艇主程序和无人机主程序被处理器执行时实现如权利要求5~9任一项所述的复杂海域自主无人机/无人艇协同控制方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202110884716.2A CN113820970A (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种复杂海域自主无人机/无人艇协同控制系统、控制方法及计算机可读介质 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN113820970A true CN113820970A (zh) | 2021-12-21 |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116466733A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-21 | 广州天勤数字科技有限公司 | 一种用于无人机起降的智能避障系统及方法 |
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2021
- 2021-08-03 CN CN202110884716.2A patent/CN113820970A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116466733A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-21 | 广州天勤数字科技有限公司 | 一种用于无人机起降的智能避障系统及方法 |
| CN116466733B (zh) * | 2023-04-25 | 2023-10-31 | 广州天勤数字科技有限公司 | 一种用于无人机起降的智能避障系统及方法 |
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