CN210804099U - 一种无人艇避障性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人艇避障性能测试装置，该测试装置包括遥控器、水面移动平台和障碍物模型组成，其中遥控器包括液晶显示屏、第一控制器、按键和第一2.4G无线模块，水面移动平台包括差分全球定位***、航姿参考***、第二控制器、第二2.4G无线模块和动力***，障碍物模型是根据避障场景而设置的水面漂浮物，通过遥控器的按键控制水面移动平台前进、后退、左转弯、右转弯、加减速、停止等动作，从而拖动障碍物模型运动，并根据不同的避障场景，改变障碍物的位置及运动状况，测试无人艇是否安全避开。本实用新型可以快速建立无人艇避障场景，为无人艇避障性能提供验证条件，可大大缩短无人艇避障性能的研发周期。

Description

一种无人艇避障性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及避障性能测试领域，特别涉及一种无人艇避障性能测试装置。

背景技术

随着全球形势的变化，各国越来越重视海洋领域的发展，各国都希望加快发展海洋建设，我国在无人艇发展中作为起步较晚的国家，更是亟待解决无人艇的发展，以维护国家安全和促进经济增长。无人驾驶水面舰艇，也被简称为无人艇，是一种基于船舶，同时搭载各种设备，在复杂的海域执行特殊任务的工具。智能船舶技术研究经历了第一代仅限于船用设备智能监控分析的智能船舶，第二代的包括人为监控***，给出决策支持建议的半自动化航行的智能船舶逐渐向情景感知、数据分析、实时操作优化的第三代智能船舶和全自主化的无人驾驶***智能船舶迈进。避障技术作为各国在无人艇研究中的关键问题，已在目前取得了很大的成就，其需要无人艇在复杂的海域环境中安全，快速地避开各种障碍物，体现出安全高效的任务执行力。针对无人艇避障性能的测试，本实用新型提出了一种具有高效、便捷、可靠等特点的无人艇避障性能测试装置。

实用新型内容

针对无人艇避障性能的测试问题，本实用新型提供一种无人艇避障性能测试装置，该实用新型操作方便，可根据不同的需求改变障碍物的位置及运动状态，从而快速建立不同的避障场景。

本实用新型至少通过如下技术方案之一实现。

一种无人艇避障性能测试装置，包括遥控器、水面移动平台和障碍物模型。所述遥控器用于远程控制水面移动平台的运动；所述水面移动平台与障碍物模型连接，用于拖动障碍物模型的运动，从而改变其位置及运动状态；所述障碍物模型是根据避障场景而设置的水面漂浮物，符合无人艇识别条件。

进一步的，所述遥控器包括液晶显示屏、第一控制器、按键和第一2.4G无线模块；其中液晶显示屏的串行口即数据线及时钟线均与第一控制器的输入/输出即I/O接口相连；按键一端接地，另外一端接到第一控制器的输入/输出接口；第一2.4G无线模块通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)与第一控制器连接。

通过按下按键来输入控制指令，第一控制器获取到控制指令再通过第一2.4G无线模块发送至水面移动平台，同时遥控器接受水面移动平台发出的状态信息，将其经纬度、航速、航向和艏向等信息显示在液晶显示屏上。

进一步的，所述按键包括前进键、左转键、右转键、停止键、后退键、加速键和减速键；按键通过第一2.4G模块发送相应的控制指令至水面移动平台，控制水面移动平台的运动方向。

进一步的，所述水面移动平台包括差分全球定位***(DGPS)、航姿参考***(AHRS)、第二控制器、第二2.4G无线模块和动力***；差分全球定位***(DGPS)通过RS232通讯协议与第二控制器连接；航姿参考***(AHRS)通过RS485通讯协议与第二控制器连接；第二 2.4G无线模块通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)与第二遥控器连接；第二控制器通过两路脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)接口与动力***连接。

第二控制器通过第二2.4G无线模块接收遥控器发送过来的指令，并根据指令调整动力***的参数，从而改变水面移动平台的运动状态，同时通过DPGS和AHRS测量水面移动平台的经纬度、航速、航向和艏向等信息，并通过第二2.4G无线模块发送至第二控制器。

进一步的，所述第一2.4G无线模块和第二2.4G无线模块均通过2.4GHz天线完成数据的发送与接收。

进一步的，所述动力***主要由两个550直流电机和L298N电机驱动模块组成；两个550 直流电机均与L298N电机驱动模块，第二控制器通过脉冲宽度调制(PWM)与L298N电机驱动模块连接，控制L298N电机驱动模块来改变电机的转速。

进一步的，所述第一控制器采用STM32F103ZET6微控制器，所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F103ZET6微控制器，第一控制器用于检测按键是否被按下。

进一步的，所述第二控制器均与第一同步/异步串行收发器(USART1)、第二通用同步/ 异步串行收发器(USART2)连接，通过第一同步/异步串行收发器(USART1)和第二通用同步 /异步串行收发器(USART2)接收DGPS和AHRS的数据。

进一步的，所述第二控制器还通过串行外设接口(SPI)与第二2.4G无线模块连接，获取第二2.4G无线模块接收到的数据进一步的。

进一步的所述障碍物模型，是根据避障场景而设置的水面漂浮物，其形状和大小符合无人艇的识别条件。

本实用新型的工作原理是：无人艇在航行过程中，通过遥控器的按键控制水面移动平台前进、后退、左转弯、右转弯、加减速、停止等动作，从而拖动障碍物模型运动，并根据不同的避障场景，改变障碍物的位置及运动状况，测试无人艇是否安全避开。

本实用新型的有益效果：

(1)本无人艇避障性能测试装置综合地应用计算机技术、自动控制技术、传感器技术和无线通信技术等多学科知识，可提高无人艇避障性能测试的灵活性和便利性；

(2)本无人艇避障性能测试装置可以根据不同的要求改变障碍物模型的位置和运动状态，适用于多个场景的避障测试；

(3)本无人艇避障性能测试装置可以快速建立无人艇避障场景，为无人艇避障性能提供验证条件，可大大缩短无人艇避障性能的研发周期。

附图说明

图1是本实施例一种无人艇避障性能测试装置的组成框图；

图2是本实施例一种无人艇避障性能测试装置的遥控器面板示意图；

图3是本实施例一种无人艇避障性能测试装置的水面移动平台原理图；

其中，1-遥控器，2-水面移动平台，3-障碍物模型，11-液晶显示屏，12-第一控制器， 13-按键，14-第一2.4G无线模块，131-前进键，132-左转键，133-右转键，134-停止键，135- 后退键，136-加速键，137-减速键，21-差分全球定位***，22-航姿参考***，23-第二控制器，24-第二2.4G无线模块，25-动力***，211-BD970定位接收机，221-HEC295航姿参考***，231-STM32F103ZET6微控制器，241-nRF24L01模块，251-直流电机，252-L298N电机，141-2.4GHz天线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示的一种无人艇避障性能测试装置，包括遥控器1、水面移动平台2和障碍物模型3。

遥控器1包括液晶显示屏11、第一控制器12、按键13和第一2.4G无线模块14，其遥控器1的控制面板如图2所示，液晶显示屏11的串行口与第一控制器12的输入/输出(I/O)接口相连，按键13一端接地，另外一端接到第一控制器12的输入/输出(I/O)接口，第一2.4G无线模块14通过串行外设接口(SPI)与第一控制器12连接。液晶显示屏11采用12864液晶模块，用于显示水面移动平台2的运动状态、经纬度和姿态等信息；第一控制器12采用STM32F103ZET6微控制器231，用于检测按键13是否被按下，并根据被按下的按键通过第一2.4G模块14发送相应的控制指令至水面移动平台2，同时获取第一2.4G无线模块14接收到的数据；控制液晶显示屏11显示水面移动平台2发出的状态信息，将其经纬度、航速、航向和艏向等信息显示；所述按键13包括前进键131、左转键132、右转键133、停止键134、后退键135、加速键136、减速键137等按键；第一2.4G模块14采用nRF24L01模块241，并通过2.4GHz天线141完成数据的发送与接收。

水面移动平台2主要由差分全球定位***(DGPS)21、航姿参考***(AHRS)22、第二控制器23、第二2.4G无线模块24和动力***25组成，差分全球定位***(DGPS)21通过RS232通讯协议与第二控制器23连接，航姿参考***(AHRS)22通过RS485通讯协议与第二控制器23连接，第二2.4G无线模块24通过串行外设接口(SPI)与第二遥控器23连接,第二控制器23通过两路脉冲宽度调制(PWM)接口与动力***25连接，其原理图如图3所示。差分全球定位***(DGPS)21采用天宝公司生产的BD970定位接收机211，用于测量水面移动平台的经纬度、航速和航向；航姿参考***(AHRS)22采用江苏慧联科技生产的HEC295 航姿参考***221，用于测量水面移动平台的姿态；第二控制器23采用STM32F103ZET6微控制器231，分别通过第一同步/异步串行收发器(USART1)和第二通用同步/异步串行收发器2 (USART2)接收DGPS和AHRS的数据，同时通过串行外设接口(SPI)获取第二2.4G无线模块 24接收到的指令并发送数据，并根据指令内容采用脉冲宽度调制(PWM)的方式控制动力***；第二2.4G无线模块24也采用nRF24L01模块241；动力***25主要由两个550直流电机251和L298N电机驱动252组成，两个550电机251的轴上都装有一片螺旋桨扇叶，两个 550电机251的正负极接到L298N电机驱动252的输出端口上，L298N电机252根据PWM信号来改变输出端口的电压大小，从而改变两个电机的转速和转向来实现水面移动平台2的前进、左转、右转、后退、加速、减速等动作。

障碍物模型3选取的障碍物对象为长2米，宽60厘米，水面高度40厘米的船只，按该尺寸制作的长方体泡沫水面漂浮物作为障碍物模型3,通过一根直径为2厘米、长度为40厘米的空心不锈钢圆杆与水面移动平台2连接，水面移动平台2移动的同时拖动障碍物模型3移动。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，包括遥控器、水面移动平台和障碍物模型，所述遥控器用于控制水面移动平台的运动；所述水面移动平台与障碍物模型连接，用于拖动障碍物模型的运动；所述障碍物模型是根据避障场景而设置的水面漂浮物。

2.根据权利要求1所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述遥控器包括液晶显示屏、第一控制器、按键和第一2.4G无线模块，其中液晶显示屏的串行口即数据线及时钟线均与第一控制器的输入/输出即I/O接口相连；按键一端接地，另外一端接到第一控制器的输入/输出接口；第一2.4G无线模块通过串行外设接口与第一控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述按键包括前进键、左转键、右转键、停止键、后退键、加速键和减速键；按键通过第一2.4G模块发送相应的控制指令至水面移动平台，控制水面移动平台的运动方向。

4.根据权利要求1所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述水面移动平台包括差分全球定位***、航姿参考***、第二控制器、第二2.4G无线模块和动力***；差分全球定位***通过RS232通讯协议与第二控制器连接；航姿参考***通过RS485通讯协议与第二控制器连接；第二2.4G无线模块通过串行外设接口与第二遥控器连接；第二控制器通过两路脉冲宽度调制与动力***连接。

5.根据权利要求2所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述第一2.4G无线模块和第二2.4G无线模块均通过2.4GHz天线完成数据的发送与接收。

6.根据权利要求4所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述动力***主要由两个550直流电机和L298N电机驱动模块组成；两个550直流电机均与L298N电机驱动模块连接；第二控制器通过脉冲宽度调制与L298N电机驱动模块连接。

7.根据权利要求2所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F103ZET6微控制器。

8.根据权利要求4所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述第二控制器均与通用第一同步/异步串行收发器、第二通用同步/异步串行收发器连接。

9.根据权利要求4所述的一种无人艇避障性能测试装置，其特征在于，所述第二控制器还通过串行外设接口与第二2.4G无线模块连接。

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