CN115657690A - 基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台及控制方法，控制云台包括通讯器、控制器、执行器即平台控制反馈器，其中，通讯器，用于获取受控船舶的船舶状态信息，或传递船舶操纵指令至受控船舶，其中，所述船舶状态信息包括船舶运动姿态数据；控制器，用于对船舶运动姿态数据或Stewart平台姿态数据进行指令转换处理，其中，所述控制器为双向控制器；执行器，用于基于控制器指令进行驱动或反馈Stewart平台姿态数据至控制器；平台控制反馈器，用于重现受控船舶的运动姿态，或响应于驾驶人员的操作切换云台模式及输出控制船舶运动的控制指令。本发明加强了驾驶人员对于船舶状态的掌控，使得船舶远程驾驶环境更加安全，更加高效。

Description

基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台及控制方法

技术领域

本发明涉及智能船舶远程驾驶领域，尤其涉及一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台及控制方法。

背景技术

在信息化时代下，芯片技术的飞速发展无疑给人工智能的控制技术的实现提供了强力支持。无人驾驶也逐渐由原本的幻想到现在的实际投入实用中去，给各行各业带来巨大效益。对于水运来说，无人船和远程驾驶的应用在国内外同样都已实现并投入使用，且无人船的投入使用对无人领域和危险领域的探索提供了可能性，并且也对运输行业和旅游行业提供了便利，并带来了巨大的收益。但是在无人驾驶对于各领域带来便利的同时，随之而来的安全问题也得到了社会群众的广泛关注。从安全角度出发，更完整的信息无疑是更加有利于操纵者更好观察行驶状况。相比传统的控制方式而言，远程控制与传统控制的区别就在于控制设备的位置，一个是位于船上，一个是岸上。这两者从本质来说可能是没有区别的，但是站在驾驶员的角度来说，在船上进行操纵可以让操纵者更了解船舶所处环境和状态，从而快速采取正确的决策。但是当操纵设备位于岸端时，驾驶员对于船舶状态无法快速感知。并且船舶驾驶任务的需求与驾驶员对情况的控制能力都取决于船感的水平。因此，对于船舶姿态的感受就显得非常重要。

在提升临场感的装置中，Stewart平台传动结构简单，常被应用于模拟驾驶平台，用以增强驾驶感。该平台是一种六自由度的运动平台，常用于模拟驾驶台的设计中，利用平台的摆动反映出实际操纵中产生的驾驶舱姿态来加强驾驶员的模拟真实感。然而，不同于车辆与航空器，即使是在停航状态，船舶也难以保持静止，即船体横摇、纵摇与垂荡始终存在，对处于Stewart平台上的船舶驾驶员不友好，影响驾驶舒适性的同时，也加快了驾驶员的驾驶疲劳感，即使是对于经验丰富的驾驶员，也会产生不同程度的眩晕感，不完全适用于船舶远程驾驶的应用场景。

因此，如何改善船舶远程驾驶控制云台的结构，并能更加直观的表现出船舶运动姿态，以提升驾驶员驾驶的临场感，降低驾驶过程中的眩晕感是一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台及控制方法，用以改善船舶远程驾驶控制云台的结构，并能更加直观的表现出船舶运动姿态，以提升驾驶员驾驶的临场感，降低驾驶过程中的眩晕感。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台，包括：

通讯器，用于获取受控船舶的船舶状态信息，或传递船舶操纵指令至受控船舶，其中，所述船舶状态信息包括船舶运动姿态数据；

控制器，用于对船舶运动姿态数据或Stewart平台姿态数据进行指令转换处理，其中，所述控制器为双向控制器；

执行器，用于基于控制器指令进行驱动或反馈Stewart平台姿态数据至控制器；

平台控制反馈器，用于重现受控船舶的运动姿态，或响应于驾驶人员的操作切换云台模式及输出控制船舶运动的控制指令。

进一步的，所述船舶状态信息还包括船舶运动状态信息及船舶状况信息；

所述船舶运动姿态数据包括受控船舶运动时的三个自由度的姿态数据；

所述船舶运动状态信息包括受控船舶处于加速前进、减速前进、转向或静止状态；

所述船舶状况信息包括受控船舶螺旋桨及船舵处于正常运转或故障状态。

进一步的，所述控制器包括比例器和指令识别器；

所述比例器，用于当云台处于姿态反馈模式时，将所述船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令，并将运动行程指令传输到执行器电机，以使执行器电机基于所述运动形成执行进行驱动；

所述指令识别器，用于当云台处于船舶操纵模式时，将所述Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令。

进一步的，所述执行器包括执行器电机、Stewart连杆、位置传感器及力矩调整阀；

所述执行器电机，用于当云台处于姿态反馈模式时，基于所述运动行程指令进行驱动；

所述Stewart连杆与所述执行器电机连接，用于当云台处于姿态反馈模式时进行动力传输，当云台处于船舶操纵模式时响应于驾驶人员对手握平台的操作进行运动；

所述位置传感器，用于当云台处于姿态反馈模式时，获取Stewart连杆的第一实际运动位置，并将所述Stewart连杆的第一实际运动位置发送至执行器电机，以使所述执行器电机调整Stewart连杆的位置，当云台处于船舶操纵模式时，识别Stewart连杆的第二实际运动位置为Stewart平台姿态数据，并将所述Stewart平台姿态数据发送至指令识别器；

所述力矩调整阀，用于当云台切换到船舶操纵模式时，对力矩进行减小处理。

进一步的，所述平台控制反馈器包括手握平台及模式切换器；

所述手握平台，用于当云台处于姿态反馈模式时重现受控船舶的运动姿态，当云台处于船舶操纵模式时，响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，输出控制船舶运动的多个控制指令；

所述模式切换器，用于响应于驾驶人员的对按钮的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道。

进一步的，所述手握平台的外形为船舶轮廓外形。

进一步的，所述响应于驾驶人员的按压及转动操作，输出控制船舶运动的多个控制指令，包括：

响应于驾驶人员对手握平台尾部的按压操作，输出控制船舶运动的加速指令；

响应于驾驶人员对手握平台首部的按压操作，输出控制船舶运动的减速指令；

响应于驾驶人员对手握平台的向左转动操作，输出控制船舶运动的向左转向指令；

响应于驾驶人员对手握平台的向右转动操作，输出控制船舶运动的向右转向指令。

进一步的，所述手握平台还用于当云台处于船舶操纵模式时，通过手部触觉反馈将受控船舶的船体故障信息反馈给驾驶人员，其中，具体的反馈方案包括：

若受控船舶螺旋桨和船舵过载或者船舶姿态处于危险状态，驾驶人员对手握平台的操控阻尼增大；

若受控船舶螺旋桨或船舵损坏，驾驶人员对手握平台的操控阻尼减小为零。

第二方面，本发明还提供一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法，应用于上述控制云台，包括：

通过通讯器获取船舶运动姿态数据，并利用比例器将所述船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令；

将所述云台各舵机机械结构的运动行程指令比例器传输至执行器电机，以使执行器电机驱动Stewart连杆进行运动，并当位置传感器检测到Stewart连杆的运动位置达到运动行程指令中的行程时，执行器电机停止运转；

响应于驾驶人员对模式切换器的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道，执行器电机力矩减小，并将云台的姿态反馈模式转化为船舶操纵模式；

通过手握平台重现受控船舶的运动姿态，基于重现的受控船舶的运动姿态确定受控船舶的控制需求，以使驾驶人员基于所述控制需求对手握平台进行操作；

响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，带动Stewart连杆进行运动，通过位置传感器将Stewart连杆的运动识别为Stewart平台姿态数据，并将所述Stewart平台姿态数据发送至指令识别器，以使指令识别器将所述Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令；

通过通讯器获取所述船舶操纵指令，并将所述船舶操作指令发送至受控船舶。

进一步的，所述方法还包括：

受控船舶接所述船舶操纵指令，并基于所述船舶操纵指令进行航行，其中，所述船舶操纵指令包括船舶执行航向指令和船舶执行航速指令。

本发明提出一种基于Stewart平台面向船舶远程驾驶的双向控制云台，该云台中的平台控制反馈器通过对Stewart平台的结构进行优化，即利用手握式代替乘坐式的方式通过触觉将姿态信息传达给驾驶人员，在建立体感反馈通道的同时，减轻驾驶人员的眩晕感；并且利用执行器中的机械机构组合运动，实现对受控船舶运动姿态的实时再现；在此基础上，引入双向控制器，使该云台既可以通过通讯器获取受控船舶的船舶状态信息，也可作为船舶操纵指令的输出。有利于加强远程驾驶人员对于当前环境下船舶状态的掌控，减少远程驾驶中由于临场感丢失导致的风险。使得船舶远程驾驶环境更加安全，更加高效，且加强了驾驶员对船舶的操纵。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台一实施例的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种Stewart平台的样图；

图3为本发明提供的一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法一实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

可以理解的是，随着船舶智能化的步伐加快，以“船端值守为辅，岸端驾控为主”的智能船舶运输模式将逐渐成为现实。其中，如何通过人机交互设计提升远程驾驶安全性和体验成为关键。简单地将传统驾驶台设计搬至岸上，难以完全满足远程驾驶需求。首先，现有船桥人机交互设计过渡依赖视觉信息，繁杂的航电设备信息、动力系统信息、阀门信息等无差别地重现给远程驾控人员，易导致重要信息的淹没，影响受控船舶的航行安全。其次，远程驾驶模式下远程驾控人员无法通过视觉外的其他感官获取信息。当驾驶员在船驾驶时，驾驶员可以通过多种感知器官感知的船舶状态和环境，而这些非视觉的感官信息能帮助驾驶员迅速判断船舶的状态；然而，在远程驾驶中，这类感知信息的缺失，降低临场感的同时也导致驾驶员对船舶掌控力的减弱。最后，依赖视频信号判断船舶操纵效果，不仅不直观，也对通讯延迟敏感。在一般情况下，驾驶员施舵后，船舶正常应舵，船体响应地出现不同程度的横倾现象，驾驶员可根据横倾的程度判断船舶的航行情况，从而修正施舵大小；在远程驾驶模式下，通过视角的倾斜情况，也能提供横倾信息，但视频信号占用带宽大、受通讯延迟的影响，画面出现卡顿或不连贯影响驾驶员判断，最终影响控制指令的修正。

针对上述问题，本发明提出的发明构思为：增加除视觉意外的其他信息传递通道，通过信息分流把重要信息用更加直观的感官通道传递给驾驶员，缓解视觉信息过载问题；设计并利用机构对船舶状态进行适当反馈，使得船舶驾驶员能够感受到船舶的运动姿态，弥补远程驾驶过程中的感知受限；设计双向控制装置，在获取船舶姿态的同时能够对船舶的运动姿态进行操纵，操纵指令能改变姿态，姿态辅助驾驶员对下一步操作需求指令的正确下达，两者相互辅助实现对船舶的安全操纵。

以下分别对具体实施例进行详细说明：

请参阅图1，图1为本发明提供的一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台一实施例的结构示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台100，包括：

通讯器101，用于获取受控船舶的船舶状态信息，或传递船舶操纵指令至受控船舶，其中，船舶状态信息包括船舶运动姿态数据；

控制器102，用于对船舶运动姿态数据或Stewart平台姿态数据进行指令转换处理，其中，控制器为双向控制器；

执行器103，用于基于控制器指令进行驱动或反馈Stewart平台姿态数据至控制器；

平台控制反馈器104，用于重现受控船舶的运动姿态，或响应于驾驶人员的操作切换云台模式及输出控制船舶运动的控制指令。

本发明提出一种基于Stewart平台面向船舶远程驾驶的双向控制云台，该云台中的平台控制反馈器通过对Stewart平台的结构进行优化，即利用手握式代替乘坐式的方式通过触觉将姿态信息传达给驾驶人员，在建立体感反馈通道的同时，减轻驾驶人员的眩晕感；并且利用执行器中的机械机构组合运动，实现对受控船舶运动姿态的实时再现；在此基础上，引入双向控制器，使该云台既可以通过通讯器获取受控船舶的船舶状态信息，也可作为船舶操纵指令的输出。有利于加强远程驾驶人员对于当前环境下船舶状态的掌控，减少远程驾驶中由于临场感感丢失导致的风险。使得船舶远程驾驶环境更加安全，更加高效，且加强了驾驶员对船舶的操纵。

在本发明的一个实施例中，船舶状态信息还包括船舶运动状态信息及船舶状况信息；

船舶运动姿态数据包括受控船舶运动时的三个自由度的姿态数据；

船舶运动状态信息包括受控船舶处于加速前进、减速前进、转向或静止状态；

船舶状况信息包括受控船舶螺旋桨及船舵处于正常运转或故障状态。

可以理解的是，通讯器主要用于获取船舶状态信息，其中，船舶状态信息包括船舶运动姿态数据、船舶运动状态信息和船舶状况信息。船舶运动姿态数据主要包括船舶运动时船舶的三个自由度的姿态信息；船舶运动状态即船舶是否处于加速前进、减速前进、转向或静止状态；船舶状况信息指船舶螺旋桨以及船舵处于正常运转或故障状态。

需要说明的是，本发明中的云台为一种双向控制的云台，因此包含两种工作模式，即姿态反馈模式以及船舶操纵模式。当处于姿态反馈模式时，云台将只对受控船舶的姿态进行实时反馈，实现对船舶姿态的监测；当云台处于船舶操纵模式时，可实现对船舶的运动控制操控，同时也产生适当的船舶姿态反馈，但此时的船舶姿态反馈所产生的传动力度将减少，以保证控制的顺利进行。

在本发明的一个实施例中，控制器102包括比例器1021和指令识别器1022；

比例器1021，用于当云台处于姿态反馈模式时，将船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令，并将运动行程指令传输到执行器电机，以使执行器电机基于运动形成执行进行驱动；

指令识别器1022，用于当云台处于船舶操纵模式时，将Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令。

可以理解的，控制器主要用于对获取的信息进行处理并转化为双向控制时姿态反馈与船舶操纵功能实现的所需的指令信号，控制器包括比例器与指令识别器。其中，比例器主要在姿态反馈模式时将船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令，以推断执行器的机械运动，进而实现受控船舶姿态的实时重现；而指令识别器主要在船舶操纵模式时将Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令，即根据驾控人员反向控制平台姿态引起的执行器的机械运动推断驾驶员的控制意图策，以实现对受控船舶的反向控制。

在本发明的一个实施例中，执行器103包括执行器电机1031、Stewart连杆1032、位置传感器1033及力矩调整阀1034；

执行器电机1031，用于当云台处于姿态反馈模式时，基于运动行程指令进行驱动；

Stewart连杆1032与执行器电机1031连接，用于当云台处于姿态反馈模式时进行动力传输，当云台处于船舶操纵模式时响应于驾驶人员对手握平台的操作进行运动；

位置传感器1033，用于当云台处于姿态反馈模式时，获取Stewart连杆的第一实际运动位置，并将Stewart连杆的第一实际运动位置发送至执行器电机，以使执行器电机调整Stewart连杆的位置，当云台处于船舶操纵模式时，识别Stewart连杆的第二实际运动位置为Stewart平台姿态数据，并将Stewart平台姿态数据发送至指令识别器；

力矩调整阀1034，用于当云台切换到船舶操纵模式时，对力矩进行减小处理。

可以理解的是，执行器主要用于实现该云台的主要功能模式的实现和驱动，主要功能模式即为姿态反馈模式与船舶运动操纵模式。为了便于理解，下面将从姿态反馈模式与船舶操纵模式两个角度分别进行阐述：

在姿态反馈模式中，执行器电机用于在实现船舶姿态反馈时的驱动，该驱动的实现包含六个相同的执行电机，即驱动执行器电机执行控制器指令以实现受控船舶姿态的重现。Stewart连杆用于连接执行器电机，用于动力的传输以及配合Stewart手握平台实现船舶姿态的实时重现，并且对于连杆的运动范围设定一定阈值，对过小的角度以及过大的角度进行限制；位置传感器用于调整Stewart从动杆位置，保证姿态再现的准确性。

需要说明的是，上述执行器实现功能模式转化首先通过平台控制反馈模块中的模式切换器发出模式切换指令，然后由执行器中的模式转换开关1035将通道调整，其中，模式切换开关用于将两种功能转换并做出区分，防止两种功能实现重叠部分产生操作冲突，导致操作困难。调整后的通道增加力矩调整阀1034，力矩调整阀用于在切换到船舶操纵模式时，船舶操纵指令能够顺利进行，即通过减小力矩调整阀的力矩，避免对于平台的操控和姿态反馈冲突导致云台损坏。

在船舶操纵模式时，Stewart连杆主要响应于驾驶人员对手握平台的操作进行运动，即该连杆主要用于传递控制指令信息。此时位置传感器通过识别Stewart连杆的当前运动位置为Stewart平台姿态数据，并将所述Stewart平台姿态数据发送至指令识别器，即通过获取从动杆的位置，实现控制指令的传达。

在本发明的一个实施例中，平台控制反馈器104包括手握平台1041及模式切换器1042；

手握平台1041，用于当云台处于姿态反馈模式时重现受控船舶的运动姿态，当云台处于船舶操纵模式时，响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，输出控制船舶运动的多个控制指令；

模式切换器1042，用于响应于驾驶人员的对按钮的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道。

可以理解的是，平台控制反馈器主要用于再现受控船舶的船舶运动姿态，功能模式的切换，以及控制指令的下达，即船舶航向航速的指令的输出。且在下达控制指令时，对于一些特定情况可对驾驶人员产生一定的反馈进行提示。

其中，平台控制反馈器包括Stewart上平台即手握平台，与模式切换器，在船舶运动姿态再现时，手握平台用于实现船舶姿态的实时重现，手握平台的外形为船舶轮廓外形，用以更加直观的判断船舶姿态，具体的，请参阅图2，图2为本发明一实施例提供的一种Stewart平台的样图。

本发明通过通讯器获取的船舶运动姿态数据，能够利用本发明的云台系统对船舶姿态进行等比例的模拟，举例而言：当受控船舶处于加速度时，Stewart上平台，即手握处船舶外形的平台的姿态会为船头翘起的状态；当静止时，船舶如存在晃动，则手握处平台则展现相同姿态，但无翘起。

本发明中船舶运动姿态再现，主要是沿用了Stewart平台的结构设计，并在此基础上进行改进。即通过手握式的触觉云台代替原本的乘坐式的云台，且其手握处的平台外形设计则参考船舶的轮廓外形，用以更加直观的判断船舶姿态。在船舶姿态反馈功能的实现过程中，首先需要通过通讯器获取船舶三个自由度的姿态数据，其次通过控制器将姿态信息转化为各舵机的机械结构运动行程指令，然后由执行器执行指令并带动平台改变姿态，最终实现船舶姿态的实时重现。

在功能模式切换时中，模式切换器用于响应于驾驶人员的对按钮的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道，即将姿态反馈模式转化为船舶操纵模式。其中，模式切换的原理部分在执行器中已详细叙述，在此不再赘述。

当云台处于船舶操纵模式进行控制指令下达时，手握平台作为船舶控制指令输出装置，充当驾驶人员操控的“控制杆”，响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，可以输出控制船舶运动的多个控制指令。

需要说明的是，在通过手握平台下发控制指令之前，驾驶人员通过平台以及其他信息的掌握判断出船舶指令需求，即通过重现的受控船舶的运动姿态确定受控船舶的控制需求，以使驾驶人员基于控制需求对手握平台进行操作。

在本发明的一个实施例中，响应于驾驶人员的按压及转动操作，输出控制船舶运动的多个控制指令，具体包括：

响应于驾驶人员对手握平台尾部的按压操作，输出控制船舶运动的加速指令；

响应于驾驶人员对手握平台首部的按压操作，输出控制船舶运动的减速指令；

响应于驾驶人员对手握平台的向左转动操作，输出控制船舶运动的向左转向指令；

响应于驾驶人员对手握平台的向右转动操作，输出控制船舶运动的向右转向指令。

可以理解的是，控制指令输出方式的具体实现同样是通过Stewart上平台，即手握平台，主要的操纵方式为通过对手握平台的反向控制实现，该控制包括按压、推拉、摆动等动作，不同动作对应不同的控制意图。推压该平台的尾部表示加速；按压平台首部表示减速；向左或向右转动，分别表示向左或向右的转向。具体实现过程为：首先将反向控制后的平台变化，即Stewart平台姿态数据通过执行器中的Stewart连杆传递给位置传感器来输出操作意图，最终通过控制器中的指令识别器进行操作意图识别以及转化输出，实现对船舶运动的反向控制。

在本发明的一个实施例中，手握平台还用于当云台处于船舶操纵模式时，通过手部触觉反馈将受控船舶的船体故障信息反馈给驾驶人员，其中，具体的反馈方案包括：

若受控船舶螺旋桨和船舵过载或者船舶姿态处于危险状态，驾驶人员对手握平台的操控阻尼增大；

若受控船舶螺旋桨或船舵损坏，驾驶人员对手握平台的操控阻尼减小为零。

可以理解的是，可以通过按压手握平台时产生的力度反馈确定当前船体故障信息。具体的，当船舶螺旋桨和船舵过载或者船舶姿态处于危险状态下时，驾驶人员对手握平台的操控阻尼增大，即手握平台的按压或转动将会变得困难；当船舶螺旋桨或船舵损坏时，驾驶人员对手握平台的操控阻尼减小为零，手握平台的按压或转动将不存在力觉的反馈，即按压或转动变得非常轻易。此外，为了进一步确定船体信息，还可以调整力矩调节阀，以避免误判和确定船体的航行安全。

本发明基于Stewart平台的结构进行改良，利用手握式来代替原本的乘坐式平台，且手握处外形设计参照船舶外轮廓，从而能更加直观的展现信息；通过六个同类型的摇杆机构的运动配合，并由触觉反馈直观、快速的提供给驾驶员所驾驶船舶的状态，且对于船舶运动时的特定状态进行提示，减少信息过载时船舶状态重要信息丢失；通过将船舶姿态模拟功能与船舶操纵功能的切换，考虑该云台为双向控制，部分功能实现所需元件相同，因此设置该功能，为对功能实现区分，保证操作过程不产生冲突；通过手握平台作为决策指令的输出设备，即航向航速指令，避免操作过慢时船舶由于运动惯性所带来的危险状况。

为了更好实施本发明实施例中的基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台，在控制云台基础之上，对应的，请参阅图3，图3为本发明提供的一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法的一实施例的方法流程图，本发明实施例提供了一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法，应用于上述控制云台，包括：

步骤S301：通过通讯器获取船舶运动姿态数据，并利用比例器将船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令；

步骤S302：将云台各舵机机械结构的运动行程指令比例器传输至执行器电机，以使执行器电机驱动Stewart连杆进行运动，并当位置传感器检测到Stewart连杆的运动位置达到运动行程指令中的行程时，执行器电机停止运转；

步骤S303：响应于驾驶人员对模式切换器的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道，执行器电机力矩减小，并将云台的姿态反馈模式转化为船舶操纵模式；

步骤S304：通过手握平台重现受控船舶的运动姿态，基于重现的受控船舶的运动姿态确定受控船舶的控制需求，以使驾驶人员基于控制需求对手握平台进行操作；

步骤S305：响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，带动Stewart连杆进行运动，通过位置传感器将Stewart连杆的运动识别为Stewart平台姿态数据，并将Stewart平台姿态数据发送至指令识别器，以使指令识别器将Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令；

步骤S306：通过通讯器获取船舶操纵指令，并将船舶操作指令发送至受控船舶。最终重复S301—S306实现循环。

在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：

受控船舶接所述船舶操纵指令，并基于所述船舶操纵指令进行航行，其中，所述船舶操纵指令包括船舶执行航向指令和船舶执行航速指令。

这里需要说明的是：上述实施例提供的基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法可实现上述各云台实施例中描述的技术方案，上述方法实施例中的实现原理可参见上述各模块或单元的相应内容，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

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。

Claims (10)

1.一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，包括：

通讯器，用于获取受控船舶的船舶状态信息，或传递船舶操纵指令至受控船舶，其中，所述船舶状态信息包括船舶运动姿态数据；

控制器，用于对船舶运动姿态数据或Stewart平台姿态数据进行指令转换处理，其中，所述控制器为双向控制器；

执行器，用于基于控制器指令进行驱动或反馈Stewart平台姿态数据至控制器；

平台控制反馈器，用于重现受控船舶的运动姿态，或响应于驾驶人员的操作切换云台模式及输出控制船舶运动的控制指令。

2.根据权利要求1所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述船舶状态信息还包括船舶运动状态信息及船舶状况信息；

所述船舶运动姿态数据包括受控船舶运动时的三个自由度的姿态数据；

所述船舶运动状态信息包括受控船舶处于加速前进、减速前进、转向或静止状态；

所述船舶状况信息包括受控船舶螺旋桨及船舵处于正常运转或故障状态。

3.根据权利要求1所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述控制器包括比例器和指令识别器；

所述比例器，用于当云台处于姿态反馈模式时，将所述船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令，并将运动行程指令传输到执行器电机，以使执行器电机基于所述运动形成执行进行驱动；

所述指令识别器，用于当云台处于船舶操纵模式时，将所述Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令。

4.根据权利要求1所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述执行器包括执行器电机、Stewart连杆、位置传感器及力矩调整阀；

所述执行器电机，用于当云台处于姿态反馈模式时，基于所述运动行程指令进行驱动；

所述Stewart连杆与所述执行器电机连接，用于当云台处于姿态反馈模式时进行动力传输，当云台处于船舶操纵模式时响应于驾驶人员对手握平台的操作进行运动；

所述位置传感器，用于当云台处于姿态反馈模式时，获取Stewart连杆的第一实际运动位置，并将所述Stewart连杆的第一实际运动位置发送至执行器电机，以使所述执行器电机调整Stewart连杆的位置，当云台处于船舶操纵模式时，识别Stewart连杆的第二实际运动位置为Stewart平台姿态数据，并将所述Stewart平台姿态数据发送至指令识别器；

所述力矩调整阀，用于当云台切换到船舶操纵模式时，对力矩进行减小处理。

5.根据权利要求1所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述平台控制反馈器包括手握平台及模式切换器；

所述手握平台，用于当云台处于姿态反馈模式时重现受控船舶的运动姿态，当云台处于船舶操纵模式时，响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，输出控制船舶运动的多个控制指令；

所述模式切换器，用于响应于驾驶人员的对按钮的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道。

6.根据权利要求5所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述手握平台的外形为船舶轮廓外形。

7.根据权利要求5所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述响应于驾驶人员的按压及转动操作，输出控制船舶运动的多个控制指令，包括：

响应于驾驶人员对手握平台尾部的按压操作，输出控制船舶运动的加速指令；

响应于驾驶人员对手握平台首部的按压操作，输出控制船舶运动的减速指令；

响应于驾驶人员对手握平台的向左转动操作，输出控制船舶运动的向左转向指令；

响应于驾驶人员对手握平台的向右转动操作，输出控制船舶运动的向右转向指令。

8.根据权利要求5所述的船舶远程驾驶控制云台，其特征在于，所述手握平台还用于当云台处于船舶操纵模式时，通过手部触觉反馈将受控船舶的船体故障信息反馈给驾驶人员，其中，具体的反馈方案包括：

若受控船舶螺旋桨和船舵过载或者船舶姿态处于危险状态，驾驶人员对手握平台的操控阻尼增大；

若受控船舶螺旋桨或船舵损坏，驾驶人员对手握平台的操控阻尼减小为零。

9.一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法，应用于权利要求1-8所述的控制云台，其特征在于，包括：

通过通讯器获取船舶运动姿态数据，并利用比例器将所述船舶运动姿态数据转换为云台各舵机机械结构的运动行程指令；

将所述云台各舵机机械结构的运动行程指令比例器传输至执行器电机，以使执行器电机驱动Stewart连杆进行运动，并当位置传感器检测到Stewart连杆的运动位置达到运动行程指令中的行程时，执行器电机停止运转；

响应于驾驶人员对模式切换器的按压操作，输出模式切换指令至模式转换开关，以使模式转换开关调整模式通道，执行器电机力矩减小，并将云台的姿态反馈模式转化为船舶操纵模式；

通过手握平台重现受控船舶的运动姿态，基于重现的受控船舶的运动姿态确定受控船舶的控制需求，以使驾驶人员基于所述控制需求对手握平台进行操作；

响应于驾驶人员对手握平台的按压及转动操作，带动Stewart连杆进行运动，通过位置传感器将Stewart连杆的运动识别为Stewart平台姿态数据，并将所述Stewart平台姿态数据发送至指令识别器，以使指令识别器将所述Stewart平台姿态数据转换为船舶操纵指令；

通过通讯器获取所述船舶操纵指令，并将所述船舶操作指令发送至受控船舶。

10.一种基于Stewart平台的船舶远程驾驶控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

受控船舶接所述船舶操纵指令，并基于所述船舶操纵指令进行航行，其中，所述船舶操纵指令包括船舶执行航向指令和船舶执行航速指令。

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