CN106970624A - 一种自主无人船 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人船领域，并公开了一种自主无人船，包括上位机、岸基无线模块、船体、微控制器、船载无线模块、GPS传感器、姿态传感器、舵机、电机驱动板和电机，上位机与岸基无线模块连接；微控制器与船载无线模块连接；微控制器上连接GPS传感器、姿态传感器、舵机和电机驱动板；电机与螺旋桨连接，舵机与舵叶连接；微控制器接收来自GPS传感器的数据以获得经纬度信息，且接收来自姿态传感器的数据以获得航向角信息，以实现船体的自主航行。本无人船航行时，船载运动控制***可根据航行状态信息实时调节航向角和电机转速，降低延时，同时可通过无线方式调整自主航行路线和船载微控制器的控制参数，提高实船试验的效率。
Description
技术领域
本发明属于无人船领域，更具体地，涉及一种自主无人船。
背景技术
为实现近岸巡防、水文采集及环境监测等水上作业的自动化、精准化，越来越多的自主水面无人船被投入实际工程项目中，同时也有各种实验型无人船用于实验教学和控制算法验证。在中国实用新型专利说明书CN104777833A中公开了一种基于ARM和DSP处理器的无人船船载控制***，其原理为将传感器采集数据传输至ARM处理器，通过一系列模块检测无人船航行数据，并通过DSP处理器对采集的实时信息进行分析与判断当前无人船航行安全状态，其自主导航子***用于预先给无人船输入航线。此外，在中国实用新型专利说明书CN102692924A中公开了一种实验型无人水面船的控制结构，其原理为数据采集接收模块采集导航传感器测得的船体运动参数信息，通过船上通信模块将信息传递到岸上通信模块，由航行参数显示模块显示信息，之后岸上运动控制模块进行运动控制解算，将驱动指令通过通信模块传输到执行机构驱动模块，实现运动控制。
在这两种无人船控制***中，第一种实现了传感器信息的实时分析与航行判断，但无人船航线需要通过其自主导航子***预先输入，即无人船作业时必须提前规划好巡航路径，并输入给无人船，使得无人船只具有单次作业能力，不够灵活；第二种实验型无人船的运动控制模块位于上位机，上位机实时向无人船发送驱动指令，可以在上位机实时调整无人船运动控制参数、控制算法和巡航路径，由于在自主航行时，无人船运动状态信息需要传输至上位机进行运动控制解算，然后将得到的驱动指令传输回到船上，则控制效果有一定的时延性，同时也没有体现完全的自主性，从而不能实现最佳的精准自主水上作业。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自主无人船，提高无人船控制***的自主性、实时性，并且能够通过无线方式进行运动控制参数的修改与航行任务的在线设置。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种自主无人船，其特征在于，包括上位机、岸基无线模块、船体以及共同安装在所述船体上的微控制器、船载无线模块、GPS传感器、姿态传感器、舵机、电机驱动板和电机，其中，
所述上位机和岸基无线模块设置在岸上，并且所述上位机与所述岸基无线模块连接；
所述微控制器与所述船载无线模块连接；
所述微控制器分别连接所述GPS传感器、姿态传感器、舵机和电机驱动板，所述电机驱动板与所述电机连接；
所述电机与螺旋桨连接，所述舵机与舵叶连接；
所述微控制器接收来自GPS传感器的数据以获得经纬度信息，并且其接收来自姿态传感器的数据以获得航向角信息，从而实时调整舵机和电机的转动，进而调整船体的航向角和速度，以实现船体的自主航行；
所述船载无线模块通过无线网络与所述岸基无线模块通信，以用于将所述经纬度信息和航向角信息发送给上位机。
优选地，所述上位机能通过岸基无线模块和船载无线模块复位微控制器上的船载控制***、修改微控制器的PID参数和/或在线调整自主航行路线。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本自主无人船能够提供远程监控、自主航行、传感器数据采集及记录等功能，其在自主航行时，微控制器上可根据航行状态信息实时调节航向角和电机转速，降低延时，同时可通过无线方式调整自主航行路线和船载微控制器的控制参数，提高实船试验的效率。同时，使用传感器和电子元件成本低，通过优化的导航与控制算法在小型无人船上获得令人满意的航行效果，可以降低用于科学研究的小型无人船的成本，促进实验型小型无人船的推广。
附图说明
图1是按照本发明构建的自主无人船的示意简图；
图2是按照本发明构建的自主无人船的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1、图2，一种自主无人船，包括上位机、岸基无线模块、船体1以及共同安装在所述船体1上的微控制器4、船载无线模块、GPS传感器3、姿态传感器2、舵机8、电机驱动板6和电机7，其中，
所述上位机和岸基无线模块设置在岸上，并且所述上位机通过I/O口与所述岸基无线模块连接；
所述微控制器4通过串行口与所述船载无线模块连接；
所述GPS传感器3和所述姿态传感器2分别通过串行口与所述微控制器4连接，所述舵机8和电机驱动板6分别通过I/O口与所述微控制器4连接，所述电机驱动板6与所述电机7连接；
所述电机7与螺旋桨13连接，所述舵机8与舵叶12连接；
微控制器4使用串行口接收来自GPS传感器3的数据，接收后解析获得经纬度信息，微控制器4使用串行口接收来自姿态传感器2的数据，接收后解析获得航向角信息；微控制器4进行运动控制解算，实时调整舵机和电机7的转动，从而通过舵叶12和螺旋桨13来调整船体1的航向角和速度，实现自主航行，同时微控制器4将获得的航向信息和经纬度信息与航向角信息、船速信息整合成一条数据帧，通过与串口连接的船载无线模块与岸基无线模块通信，通过岸基无线模块将数据帧传输至上位机记录；在本无人船航行过程中，上位机可以通过无线方式复位微控制器4上的船载控制***、修改微控制器4的PID参数和/或在线调整自主航行路线，而不需重新下载船载控制软件。
进一步，所述上位机能通过岸基无线模块和船载无线模块复位微控制器4上的船载控制***、修改微控制器4的PID参数和/或在线调整自主航行路线。
进一步，所述电机7为直流电机，电机7和舵机8均通过动力电池9供电。电机7通过传动轴10与螺旋桨13连接来推动无人船前进，舵机8通过连接杆11与舵叶12连接来进行航向角的调整。
进一步，微控制器4优选通过5V直流电源5进行供电。
进一步，本发明中，无人船的微控制器采用STM32F103ZET6；GPS传感器3采用GYGPSV3-NEOM8N模块，定位精度为2.5mCEP(SBAS:2.0mCEP)；姿态传感器2采用高精度惯性导航模块Mini-IMU AHRS；无线模块采用捷讯易联的YL-100IL型无线数传模块，设置频段433MHz；舵机8采用PDI6221MG金属双轴承船用舵机，工作电压为4.8V时，速度0.16sec/60°，扭力17.25kg.cm；推进电机7采用775高转速、大扭力直流电机；电机驱动板6采用AQMH3615NS直流电机驱动模块。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种自主无人船，其特征在于，包括上位机、岸基无线模块、船体以及共同安装在所述船体上的微控制器、船载无线模块、GPS传感器、姿态传感器、舵机、电机驱动板和电机，其中，
所述上位机和岸基无线模块设置在岸上，并且所述上位机与所述岸基无线模块连接；
所述微控制器与所述船载无线模块连接；
所述微控制器分别连接所述GPS传感器、姿态传感器、舵机和电机驱动板，所述电机驱动板与所述电机连接；
所述电机与螺旋桨连接，所述舵机与舵叶连接；
所述微控制器接收来自GPS传感器的数据以获得经纬度信息，并且其接收来自姿态传感器的数据以获得航向角信息，从而实时调整舵机和电机的转动，进而调整船体的航向角和速度，以实现船体的自主航行；
所述船载无线模块通过无线网络与所述岸基无线模块通信，以用于将所述经纬度信息和航向角信息发送给上位机。
2.根据权利要求1所述的一种自主无人船，其特征在于，所述上位机能通过岸基无线模块和船载无线模块复位微控制器上的船载控制***、修改微控制器的PID参数和/或在线调整自主航行路线。
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