CN114194342A - 无人船以及无人船控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人船(1),其包括:船体(10),所述船体具有动力源;设置在船尾的推进转向一体模组(11);安装在船体中的自动驾驶仪(12),用于自动控制船体的前进和转向;安装在船头上侧的水上障碍识别模组(13),用于识别水上障碍物;安装在船头下侧的水下障碍识别模组(14),用于识别水下障碍物;通信模块(15),用于与路基平台通信;定位模块(16),用于定位所述船体(10)的位置信息;以及驱动及电源控制模块(17),用于控制推进转向一体模组(11)和船体(10)电源管理。本发明还公开了一种无人船控制***。
Description
技术领域
本发明专利涉及无人驾驶领域,具体为一种无人船,以及对该无人船控制的***,用于完成对目标识别、定位和投送的任务。
背景技术
在军事抢滩、海事巡逻、内河湖泊生产等水面作业中,常常会遇到各种各样的障碍物,在未经勘测的水域一般无法直接展开作业。现阶段的未知水域航行任务中,需要给任务船只配备价格昂贵的声呐设备,通过实时探测来得到水下的障碍物情况,船只驾驶员通过观看声呐信息来进行人工的航道选择。这种传统的未知水城航行技术,全部依赖于驾驶员的经验、技术和操作状态,存在较高的风险。且该航行技术的推广难度大,需要花费很多的时间来培养船只驾驶员。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无人船,其能通过远程控制执行无人化作业。
为了解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,提供一种无人船,其特征在于,包括:船体,所述船体具有动力源;设置在船尾的推进转向一体模组;安装在船体中的自动驾驶仪,用于自动控制船体的前进和转向;安装在船头上侧的水上障碍识别模组,用于识别水上障碍物;安装在船头下侧的水下障碍识别模组,用于识别水下障碍物;通信模块,用于与路基平台通信;定位模块,用于定位所述船体的位置信息;以及驱动及电源控制模块,用于控制推进转向一体模组和船体电源管理。
优选地,所述水上障碍识别模组为三维感知模组,采用三维稠密激光点云与可见光融合,以识别水上障碍物。
优选地,所述水下障碍识别模组为超声波模组,所述超声波模组包含多个超声波探头。
优选地,所述超声波模组包括:分别设置在船头两侧的两根垂直角度调节杆;位于各所述垂直角度调节杆前侧的升降导杆;所述垂直角度调节杆的底端通过铰接件铰接到所述升降导杆上;可伸缩地容纳在所述升降导杆中的升降杆;连接在所述升降杆之间的探头连接杆;探头固定角度安装架设置在所述探头连接杆上;其中所述垂直角度调节杆的上端和所述升降导杆的上端分别固定到安装在船头的安装架上,并且所述多个超声波探头设置在所述探头固定角度安装架上。
优选地,所述无人船还包括弹射装置,所述弹射装置用于弹射物品。
优选地,所述导航模块为北斗导航模块。
根据本发明的另一个方面,提供了一种无人船控制***,其特征在于,包括:安装上述无人船上的船端平台,所述船端平台包括任务管理模块、本地监控模块、本地智能计算模块、以及本地存储模块;用于远程控制无人船的路基平台,所述路基平台包括远程数据库、远程智能计算模块、以及远程监控模块;所述船端平台和所述路基平台通过通信平台进行通信来控制所述无人船。
优选地,所述任务管理模块包含:任务逻辑编程,用于设置任务类型和任务执行时间;任务载荷控制,用于控制任务执行模块动作;任务执行反馈,用于使执行进度可视化,方便管理;以及任务调度管理,用于根据任务优先级及任务执行时间动态分配执行任务。
优选地,所述本地监控模块用于船体运行状态监控,包含:监控诊断;现场调试;现场遥控;以及主动避障监控。
优选地,所述智能计算模块包含任务调度;环境感知;轨迹规划;主动避障计算以及航行控制,其中环境感知利用感知模组对船体运行环境进行检测,排查任务过程中的障碍物及任务点;轨迹规划结合船体动力学模型,在遇到障碍物无法通行时进行自主规划绕行路线;航行控制用于结合船体当前定位信息进行船体控制,使船体到达预期任务点,完成任务。
优选地,所述本地存储模块包含运行log、传感器数据、视频数据、任务数据及异常监控数据,用于对船体执行任务并进行异常排查及回溯。
优选地,所述通信平台包含船内通信和路基通信,两者通过通信链路进行通信。
优选地,所述船内通信和所述路基通信包括低速率设备通信和/或短波电台通信。
本发明包括以下优点:
1、采用本发明的无人船控制***,能够对未知水域的障碍物进行全流程无人自动化勘测。
2、本发明的无人船控制***,采用北斗导航***,给船体提供稳定、精确的位置信息。
3、本发明设置有类声呐的超声波装置,能快速实现水下障碍物的识别与定位。
4、利用本发明的无人船,能够对目标物进行自动化识别和标注,及特定目标的自动化检测和定位。
5、本发明的无人船,在航行过程中能自动躲避障碍物。
6、本发明的无人船控制***,,整体尺寸较小,重量较轻,部署难度极小,可通过两个人进行转移部署,或快速装备到现有的各型船只舰艇中,通过远程控制手段或预设程序执行无人化作业。
附图说明
图1是本发明的无人船的整船结构图。
图2是本发明的无人船的超声波模组的安装示意图。
图3是显示本发明无人船的超声波视角的侧视图。
图4是显示本发明无人船的超声波视角的立体图。
图5是显示本发明无人船的超声波视角的俯视图。
图6是本发明的无人船控制***的整体架构图。
图7是本发明的无人船控制***的硬件数据流图。
图8是本发明的无人船控制***轨迹跟踪架构图。
图9是本发明的无人船控制***障碍处理流程图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例,参看图1-图5,为一种无人船1,其包括:船体10,所述船体具有驱动源,该驱动源可为动力电池。船尾设置有推进转向一体模组11,包括转向舵机和动力电机,两者经过机械齿轮和连杆进行硬链接,达到左右80°转向。
自动驾驶仪12安装在船体10中,用于自动控制船体的前进和转向。船头上侧安装有水上障碍识别模组13,用于识别水上障碍物;船头下侧安装有水下障碍识别模组14,用于识别水下障碍物。
在一实施例中,该水上障碍识别模组13可以为三维感知模组,采用三维稠密激光点云与可见光融合,以识别水上障碍物。通过稠密激光点云和可见光信息结合的方式实现水上障碍物或目标的识别与定位。采用三维稠密激光点云与可见光融合,结合了可见光易于目标分类识别但缺乏位置信息,激光点云较难对目标进行识别分类但有较准确的位置信息。
该水下障碍识别模组14可以为超声波模组14,超声波模组包含多个超声波探头14a。该超声波探头14a为类声呐的超声波装置,实现水下障碍物的识别与定位。采用200kHz频率超声波对水下障碍物进行探测,在一般水质下可探测20米距离。有效避免船体与水下障碍物碰撞。进一步地,采用8个超声波探头,通过合理化分配位置,极大利用探头的波束角特性,可对船前180度视野范围内水下进行探测。
图3-图5分别显示了超声波探头14a的视场圆锥范围。
超声波模组14还包括分别设置在船头两侧的两根垂直角度调节杆141。两根升降导杆142分别安装在各所述垂直角度调节杆141的前侧。垂直角度调节杆141的底端通过铰接件143铰接到对应的升降导杆142上。垂直角度调节杆141的上端和升降导杆142的上端分别固定到安装在船头的安装架147上。各升降导杆142为中空的,其中容纳有可伸缩的升降杆144。
探头连接杆145连接在两根升降杆144之间。探头固定角度安装架146设置在探头连接杆145上,并朝前伸出。多个超声波探头14a设置在探头固定角度安装架146上。通过调整垂直角度调节杆141和升降杆144,能够改变超声波探头14a的方位。
本发明的无人船1,还包括通信模块15,用于与路基平台通信;定位模块16,用于定位所述船体10的位置信息;以及驱动及电源控制模块17,用于控制通信模块15的通信以及监控及调整船体10的状态。
在本实施例中,通信模块15可为低速率设备或短波电台,例如580kHz短波通信电台。该模块可以在海上等空旷区域可达到40km通信距离。通信带宽可达10M,可对任务指令、状态数据、低帧率图像数据进行传输。
在本实施例中,定位模块16可为北斗导航模块。采用国产化北斗定位模组,可以给船体提供稳定、精确的位置信息,该位置信息可以在运动控制及障碍检测中作为闭环反馈数据。进一步地该模块可为船体提供亚米级定位,同时内置惯性导航***,可在无北斗定位信号的环境下,短暂为船体提供推演定位数据。保证了船体航行的环境适应性。
本发明的无人船1还包括弹射装置18,所述弹射装置用于弹射物品,例如弹射压缩救生圈进行营救作业,或弹射标志物对障碍进行标记等。
本发明的无人船1通过安装在其上的船端平台2与路基平台3经由通信平台4通信,使得操作人员可以远程控制该无人船1的操作。该船端平台2、路基平台3、和通信平台4构成了无人船控制***。
船端平台包括任务管理模块21、本地监控模块22、本地智能计算模块23、本地存储模块24。
任务管理模块21包含:任务逻辑编程,用于设置任务类型和任务执行时间;任务载荷控制,用于控制任务执行模块动作;任务执行反馈,用于使执行进度可视化,方便管理;以及任务调度管理,用于根据任务优先级及任务执行时间动态分配执行任务。
本地监控模块22用于船体运行状态监控,包含:监控诊断;现场调试;现场遥控;以及主动避障监控。
本地智能计算模块23包含任务调度、环境感知、轨迹规划、主动避障及航行控制23e。环境感知主要用感知模组对船体运行环境进行检测,排查任务过程中的障碍物及任务点。轨迹规划结合船体动力学模型,在遇到障碍物无法通行时进行自主规划绕行路线;航行控制为结合船体当前定位信息进行船体控制,使船体到达预期任务点,完成任务。
本地存储模块24包含运行log、传感器数据、视频数据、任务数据及异常监控,主要用于对船体执行任务进行异常排查及回溯。
路基平台3,包括远程数据库31、远程智能计算模块32、以及远程监控模块33。作为无人船的控制端,路基平台主要担负着状态监控、任务控制等任务。
相应的通信平台4为船端平台2和路基平台3提供通信链路,主要包含低速率设备通信和/或短波电台通信。
通信平台4的设备数据流已在图7中标出,各个设备的数据流最终汇集到设置在无人船1中的中央处理模组(主机)进行接收处理。数传电台、感知模组和通信模组通过千兆网线通过交换机与主机相连,北斗定位模组及环境检测模组分别通过RS232及RS485与主机相连。岸端调试***通过无线数传与主机相连。
图9示出了无人船1遇到障碍物时的处理流程图,包括如下步骤。
在步骤S101,无人船1前方遇到障碍物。在步骤S102,判断该障碍物是否为动态障碍物。如果为动态障碍物,则进行步骤S103,等待动态障碍物消失。如果不是动态障碍物,则进行步骤S104,进行静态障碍物处理。在步骤S105,根据障碍物数据得到障碍物距离方位信息。在步骤106,判断船体是否可以通过。如果可以通过,则步骤S107,重新规划路线绕行,避开障碍物。如果不可以通过,则步骤S108,重新进行全局规划,得到最优路线继续完成任务。
Claims (13)
1.一种无人船(1),其特征在于,包括:
船体(10),所述船体具有动力源;
设置在船尾的推进转向一体模组(11);
安装在船体中的自动驾驶仪(12),用于自动控制船体的前进和转向;
安装在船头上侧的水上障碍识别模组(13),用于识别水上障碍物;
安装在船头下侧的水下障碍识别模组(14),用于识别水下障碍物;
通信模块(15),用于与路基平台通信;
定位模块(16),用于定位所述船体(10)的位置信息;以及
驱动及电源控制模块(17),用于控制推进转向一体模组(11)和船体(10)电源管理。
2.根据权利要求1所述的无人船(1),其特征在于,所述水上障碍识别模组(13)为三维感知模组,采用三维稠密激光点云与可见光融合,以识别水上障碍物。
3.根据权利要求2所述的无人船(1),其特征在于,所述水下障碍识别模组(14)为超声波模组(14),所述超声波模组包含多个超声波探头(14a)。
4.根据权利要求3所述的无人船(1),其特征在于,所述超声波模组(14)包括:
分别设置在船头两侧的两根垂直角度调节杆(141);
位于各所述垂直角度调节杆(141)前侧的升降导杆(142);
所述垂直角度调节杆(141)的底端通过铰接件(143)铰接到所述升降导杆(142)上;
可伸缩地容纳在所述升降导杆(142)中的升降杆(144);
连接在所述升降杆(144)之间的探头连接杆(145);
探头固定角度安装架(146)设置在所述探头连接杆(145)上;
其中所述垂直角度调节杆(141)的上端和所述升降导杆(142)的上端分别固定到安装在船头的安装架(147)上,并且
所述多个超声波探头(14a)设置在所述探头固定角度安装架(146)上。
5.根据权利要求4所述的无人船(1),其特征在于,还包括弹射装置(18),所述弹射装置用于弹射物品。
6.根据权利要求1所述的无人船(1),其特征在于,所述定位模块(16)为北斗定位导航模块。
7.一种无人船控制***,其特征在于,包括:
安装在如权利要求1-5所述的无人船(1)上的船端平台(2),所述船端平台包括任务管理模块(21)、本地监控模块(22)、本地智能计算模块(23)、以及本地存储模块(24);
用于远程控制无人船(1)的路基平台(3),所述路基平台(3)包括远程数据库(31)、远程智能计算模块(32)、以及远程监控模块(33);
所述船端平台(2)和所述路基平台(3)通过通信平台(4)进行通信来控制所述无人船(1)。
8.根据权利要求7所述的无人船控制***,其特征在于,所述任务管理模块(21)包含:任务逻辑编程,用于设置任务类型和任务执行时间;任务载荷控制,用于控制任务执行模块动作;任务执行反馈,用于使执行进度可视化,方便管理;以及任务调度管理,用于根据任务优先级及任务执行时间动态分配执行任务。
9.根据权利要求7所述的无人船控制***,其特征在于,所述本地监控模块(22)用于船体运行状态监控,包含:监控诊断;现场调试;现场遥控;以及主动避障监控。
10.根据权利要求7所述的无人船控制***,其特征在于,所述智能计算模块(23)包含任务调度;环境感知;轨迹规划;主动避障计算以及航行控制,其中环境感知利用感知模组对船体运行环境进行检测,排查任务过程中的障碍物及任务点;轨迹规划结合船体动力学模型,在遇到障碍物无法通行时进行自主规划绕行路线;航行控制用于结合船体当前定位信息进行船体控制,使船体到达预期任务点,完成任务。
11.根据权利要求7所述的无人船控制***,其特征在于,所述本地存储模块(24)包含运行log、传感器数据、视频数据、任务数据及异常监控数据,用于对船体执行任务并进行异常排查及回溯。
12.根据权利要求7所述的无人船控制***,其特征在于,所述通信平台(4)包含船内通信(41)和路基通信(42),两者通过通信链路进行通信。
13.根据权利要求12所述的无人船控制***,其特征在于,所述船内通信(41)和所述路基通信(42)包括低速率设备通信和/或短波电台通信。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220318 |