CN109421900B - 一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法及*** - Google Patents

一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，按照倾覆方向发送控制指令给相应的姿态校正单元；姿态校正单元包括无人船左右对称设置的气囊，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊；姿态校正单元收到控制指令后按以下顺序打开相应的气囊：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊；打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊；根据受损情况选择是否回收气囊。本发明通过特别的气囊布置位置及特殊的气囊开启顺序，以增强无人船倾覆后自我扶正能力，提高恶劣情况下的生存能力。

Description

一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法及***
技术领域
本发明涉及无人船控制技术领域，尤其涉及一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法及***。
背景技术
无人船学名叫“水面机器人”，是一种不需要载人来操作，通过远程遥控，甚至不需要操控即可自主航行执行任务的水上机器人。比较适合执行危险或者枯燥、重复的军用、民用任务，例如运用在军事打击、安防巡逻、地貌测绘、环境监测、应急救援等领域。
随着社会的发展，在船舶行业，人们逐渐渴求船舶的无人化以达到降低作业风险，提高作业效率，减少企业运营成本的目的。无人船从原来的小型无人船逐渐走向了中型化甚至大型化，而无人船所包含的功能也越来越丰富，例如环境探测，水质监测等。无人船面临的运行环境也越来越恶劣，在完成任务的过程中，无人船难免会因为撞击，大浪等原因导致倾覆或者沉没。如何在无人船发生倾覆时能使其自动扶正或者避免沉没就成了一个继续解决的问题，如果放任不管，就会造成资金浪费，水体污染等情况的发生。现在大部分无人船缺乏倾覆后自我矫正或者沉没自救的功能，导致在面临一些恶劣环境时容易出现一些不可挽回的损失，如无人船倾覆后无法继续工作或者功能严重受损时无法回收数据，只能任其沉没，而沉没后的打捞成本远高于水面打捞。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法及***，以增强无人船倾覆后自我扶正能力，提高其在恶劣情况下的生存能力。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、判断无人船是否倾覆；
S2、当判断无人船已倾覆，则根据倾覆方向发出相应的姿态校正信号；
S3、按照倾覆方向，发送控制指令给相应的姿态校正单元；
所述的姿态校正单元包括无人船左右对称设置的气囊，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊，B组气囊包括从前往后设置的若干个气囊；
S4、姿态校正单元收到控制指令后按以下顺序打开相应的气囊：
矫正第一阶段：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊，船体继续旋转直至稳定；
矫正第二阶段：打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊，船体继续旋转直至稳定；
S5、判断船体和各项功能是否受损，根据受损情况选择是否回收气囊。
按上述方法，所述的S1通过船体自带的陀螺仪采集横倾角，设置横倾角的正常范围，当采集的横倾角超过所述的正常范围，则判断无人船倾覆。
按上述方法，所述的S2具体根据采集到的横倾角判断左倾还是右倾，若为左倾则发送高电平，若为右倾则发送低电平。
按上述方法，所述的S5具体为：若船体进水量超过阈值，或有重大功能故障，则发出求救信号；否则回收气囊，发送倾覆和矫正报告；所述的重大功能故障包括：1.无人船动力***损坏（螺旋桨叶片破损，电机烧坏，传动轴断裂）2.转向***损坏（舵叶破损，液压转舵机构漏液压油）3.定位***损坏（定位芯片因破损进水烧坏）4.通讯模块损坏（天线受撞击破裂）。
按上述方法，所述的S4中t1=t2=10s。
一种解决无人船航行中倾覆问题的控制***，其特征在于：它包括：
姿态监测单元，用于判断无人船是否倾覆，当判断无人船已倾覆，则根据倾覆方向发出相应的姿态校正信号；
姿态校正单元，包括无人船左右对称设置的气囊，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊，B组气囊包括从前往后设置的若干个气囊；
中央处理器，用于接收并根据姿态监测单元的姿态校正信号，按照倾覆方向，发送控制指令给相应的姿态校正单元，使得姿态校正单元中的气囊按以下顺序打开：
矫正第一阶段：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊，船体继续旋转直至稳定；
矫正第二阶段：打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊，船体继续旋转直至稳定；
中央处理器还用于在校正后判断船体和各项功能是否受损，根据受损情况选择是否回收气囊；
气囊回收单元，用于在中央处理器的控制下回收气囊。
按上述***，所述的姿态校正单元还包括通过管道与气囊连接的气瓶、管道上设置的充气阀门。
按上述***，所述的气囊回收单元包括设置在管道上的泄放阀，以及用于卷起气囊的卷缆机。
按上述***，它还包括信息反馈单元，用于受中央处理器控制，在船体进水量超过阈值，或有重大功能故障时发出求救信号；否则发送倾覆和矫正报告。
本发明的有益效果为：通过特别的气囊布置位置及特殊的气囊开启顺序，能够使已经倾覆的无人船稳定且快速的自动扶正，同时也具有良好的二次扶正能力（气囊回收），使得无人船对于恶劣环境的航行风险降低，提高了无人船在恶劣水域工作的成功率，保证了无人船和无人船所采集到数据的安全性，在重大功能发生损坏时，也能保证无人船不发生沉没，使打捞回收更加方便。
附图说明
图1为本发明一实施例的方法流程图。
图2为本发明一实施例的方法中步骤S1的流程图。
图3为矫正第一阶段的流程图。
图4为矫正第二阶段的流程图。
图5为本发明一实施例的方法中步骤S5的流程图。
图6为本发明一实施例的***框图。
图7为本发明一实施例的***中气囊的安装位置示意图。
图8为本发明一实施例中船体在自动扶正过程内各个阶段船体形态示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，如图1所示，它包括以下步骤：
S1、判断无人船是否倾覆，如图2所示，具体可通过船体自带的陀螺仪采集横倾角，设置横倾角的正常范围α∈（a,b），当采集的横倾角超过所述的正常范围，则判断无人船倾覆。
S2、当判断无人船已倾覆，则根据倾覆方向发出相应的姿态校正信号，具体可根据采集到的横倾角判断左倾还是右倾，若为左倾则发送高电平，若为右倾则发送低电平。
S3、按照倾覆方向，发送控制指令给相应的姿态校正单元；所述的姿态校正单元包括无人船左右对称设置的气囊，如图7所示，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊，B组气囊包括从前往后设置的若干个气囊，本实施例中B组气囊有B1、B2、B3三个。
S4、姿态校正单元收到控制指令后按以下顺序打开相应的气囊，使得船体在自动扶正过程内如图8所示改变形态：
矫正第一阶段，如图3所示：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转，这样做的目的是防止风浪流的扰动使船体扶正方向与计划方向相反；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊，船体继续旋转直至稳定；
矫正第二阶段，如图4所示：打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊，船体继续旋转直至稳定。
本实施例中t1=t2=10s，气囊内部有一定压力时充气阀自动关闭。
S5、判断船体和各项功能是否受损，根据受损情况选择是否回收气囊，具体如图5所示：若船体进水量超过阈值，或有重大功能故障，则通过卫星通讯向控制中心发送求救信号，让组织派专人回收无人船；否则回收气囊供下次使用，发送倾覆和矫正报告，同时将此次矫正数据保存，以便日后分析；所述的重大功能故障包括：1.无人船动力***损坏（螺旋桨叶片破损，电机烧坏，传动轴断裂）2.转向***损坏（舵叶破损，液压转舵机构漏液压油）3.定位***损坏（定位芯片因破损进水烧坏）4.通讯模块损坏（天线受撞击破裂）。
一种解决无人船航行中倾覆问题的控制***，如图6所示，它包括：姿态监测单元，用于判断无人船是否倾覆，当判断无人船已倾覆，则根据倾覆方向发出相应的姿态校正信号；姿态校正单元，包括无人船左右对称设置的气囊，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊，B组气囊包括从前往后设置的若干个气囊；中央处理器，用于接收并根据姿态监测单元的姿态校正信号，按照倾覆方向，发送控制指令给相应的姿态校正单元，使得姿态校正单元中的气囊按以下顺序打开：矫正第一阶段：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊，船体继续旋转直至稳定；矫正第二阶段：打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊，船体继续旋转直至稳定；中央处理器还用于在校正后判断船体和各项功能是否受损，根据受损情况选择是否回收气囊；气囊回收单元，用于在中央处理器的控制下回收气囊。
所述的姿态校正单元还包括通过管道与气囊连接的气瓶、管道上设置的充气阀门。当姿态校正单元接收到指令后，会先解除气囊锁定，再依次开启充气阀门。
所述的气囊回收单元包括设置在管道上的泄放阀，以及用于卷起气囊的卷缆机。
本***还包括信息反馈单元，用于受中央处理器控制，在船体进水量超过阈值，或有重大功能故障时发出求救信号；否则发送倾覆和矫正报告。
从上述内容可知，本发明通过特别的气囊布置位置及特殊的气囊开启顺序，能够使已经倾覆的无人船稳定且快速的自动扶正，同时也具有良好的二次扶正能力（气囊回收），使得无人船对于恶劣环境的航行风险降低，提高了无人船在恶劣水域工作的成功率，保证了无人船和无人船所采集到数据的安全性，在重大功能发生损坏时，也能保证无人船不发生沉没，使打捞回收更加方便。
电子陀螺仪判定船体扶正后，控制气囊排气阀打开，气体被泄放，气囊缩小，气囊回收机构开始工作。气囊回收完毕后，整个无人船倾覆后船体扶正程序完成，无人船继续正常工作。通过内置气囊的打开和回收，快速实现无人船倾覆后的姿态矫正，且气囊可重复利用，也可以多次打开，最大程度上提高了无人船的安全性和持续工作能力。避免了无人船倾覆后螺旋桨离开水面导致无人船失去动力的现象，实时性强，反应灵敏，可广泛应用于无人船的产品中。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、判断无人船是否倾覆；
S2、当判断无人船已倾覆，则根据倾覆方向发出相应的姿态校正信号；
S3、按照倾覆方向，发送控制指令给相应的姿态校正单元；
所述的姿态校正单元包括无人船左右对称设置的气囊，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊，B组气囊包括从前往后设置的若干个气囊；
S4、姿态校正单元收到控制指令后按以下顺序打开相应的气囊：
矫正第一阶段：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊，船体继续旋转直至稳定；
矫正第二阶段：打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊，船体继续旋转直至稳定；
S5、判断船体和各项功能是否受损，根据受损情况选择是否回收气囊。
2.根据权利要求1所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，其特征在于：所述的S1中通过船体自带的陀螺仪采集横倾角，设置横倾角的正常范围，当采集的横倾角超过所述的正常范围，则判断无人船倾覆。
3.根据权利要求1所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，其特征在于：所述的S2中具体根据采集到的横倾角判断左倾还是右倾，若为左倾则发送高电平，若为右倾则发送低电平。
4.根据权利要求1所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，其特征在于：所述的S5具体为：若船体进水量超过阈值，或有重大功能故障，则发出求救信号；否则回收气囊，发送倾覆和矫正报告；所述的重大功能故障包括：无人船动力***损坏、转向***损坏、定位***损坏和通讯模块损坏。
5.根据权利要求1所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制方法，其特征在于：所述的S4中t1=t2=10s。
6.一种解决无人船航行中倾覆问题的控制***，其特征在于：它包括：
姿态监测单元，用于判断无人船是否倾覆，当判断无人船已倾覆，则根据倾覆方向发出相应的姿态校正信号；
姿态校正单元，包括无人船左右对称设置的气囊，两侧的气囊均包括靠外侧的A气囊和靠内侧的B组气囊，B组气囊包括从前往后设置的若干个气囊；
中央处理器，用于接收并根据姿态监测单元的姿态校正信号，按照倾覆方向，发送控制指令给相应的姿态校正单元，使得姿态校正单元中的气囊按以下顺序打开：
矫正第一阶段：打开与倾覆方向相反一侧的A气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t1后打开与倾覆方向相反一侧的B组气囊，船体继续旋转直至稳定；
矫正第二阶段：打开与倾覆方向相同一侧的B组气囊，船体开始旋转；间隔一定时间t2后打开与倾覆方向相同一侧的A气囊，船体继续旋转直至稳定；
中央处理器还用于在校正后判断船体和各项功能是否受损，根据受损情况选择是否回收气囊；
气囊回收单元，用于在中央处理器的控制下回收气囊。
7.根据权利要求6所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制***，其特征在于：所述的姿态校正单元还包括通过管道与气囊连接的气瓶、管道上设置的充气阀门。
8.根据权利要求7所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制***，其特征在于：所述的气囊回收单元包括设置在管道上的泄放阀，以及用于卷起气囊的卷缆机。
9.根据权利要求6所述的解决无人船航行中倾覆问题的控制***，其特征在于：它还包括信息反馈单元，用于受中央处理器控制，在船体进水量超过阈值，或有重大功能故障时发出求救信号；否则发送倾覆和矫正报告。
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