一种无人驾驶水上航行器制造技术

本发明专利技术提供了一种无人驾驶水上航行器，其包括控制单元，其设在航行器的控制舱中，用以根据远程指令来设定并分派任务操作，并根据远程指令或自动向航行器的动力系统发送航行控制信号进行安全的无人驾驶；其中，所述控制单元进一步包括：通信模块，其配置为用以与操控中心进行通信，以接收远程指令或向所述操控中心返回所述航行器的当前航行状态和航行条件；航行控制模块，其配置为根据所述远程指令制定路线计划，并在该计划下实时产生航行控制信号以使得所述航行器到达目的地；姿态调整模块，其配置为根据所检测的所述航行器的当前姿态信息来调整执行任务时的静止姿态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航海领域，具体说涉及一种无人驾驶水上航行器。
技术介绍
相较于其他交通方式，水上航行更容易受到环境、风向、水流、波浪的影响。因此，在航海领域，对于体积较小的船只而言，它们常常无法顺利完成航行任务，甚至有时会出现人员伤亡问题。此外，当船只遇到障碍时，目前的技术还不能完全做到智能避障。在这种情况下，船只容易受到障碍影响，或者侧翻或者被撞毁。另一方面，采用人来控制船只的航行，通常会有判断失误或者反应不够灵敏的情况出现，这样也会影响例如航行任务的执行。目前，虽然无人驾驶技术已经被成功运用于飞机和汽车，而由于一些原因无人驾驶技术在船舶上的应用并不广泛，甚至还不存在商业应用。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种基于卫星与惯性导航器件而进行水面全自动自主驾驶与定位的智能无人船设计方案。无人船上留出任务系统舱，可搭载执行特定任务所需的不同设备。具体说，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器包括：控制单元，其设在航行器的控制舱中，用以根据远程指令来设定并分派任务操作，并根据所述远程指令或自动向航行器的动力系统发送航行控制信号进行安全的无人驾驶，其中所述航行控制信号中包括速度指标、方向指标、距离指标；其中，所述控制单元进一步包括：通信模块，其配置为用以与操控中心进行通信，以接收远程指令或向所述操控中心返回所述航行器的当前航行状态和航行条件；航行控制模块，其配置为根据所述远程指令制定路线计划，并在该计划下实时产生航行控制信号以使得所述航行器到达目的地；姿态调整模块，其配置为根据所检测的所述航行器的当前姿态信息来调整航行器运行过程中的航行姿态或者执行任务时的静止姿态。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的姿态调整模块包括姿态控制器、姿态传感器、液压系统、T型水翼和至少两套压浪板，所述姿态传感器用以检测所述航行器的姿态信息，所述姿态信息包括纵摇频率和幅度、横摇频率和幅度、俯仰、航向角以及加速度，所述姿态调整模块的姿态控制器用以在所述航行器到达目的地时，根据要执行的任务类别和当前姿态信息对航行器的静止姿态通过所述液压系统、T型水翼和至少两套压浪板来自动进行调整。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器还包括若干任务设备，其设在所述任务舱内，以执行所述控制单元指配的的任务操作，以及任务设备控制模块，其用于在姿态调整结束后控制任务设备执行当前的任务操作。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的航行控制模块包括：定位子模块，其用于采用双卫星定位系统获取自身的位置信息；导航子模块，其用于根据获取的所述位置信息和远程指令中包含的目的地信息进行动态路线计划，以便在短期偏离原计划行驶后仍会驶向目的地；安全模块，其用于实时检测航行器的航行姿态是否正常，如果所述航行器处于非正常航行姿态下，及时进行调整扭转所述航行器的壳体方位。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的通信模块与地面基站通过下行链路进行通信以接收所述地面站发送的远程控制指令和通过上行链路通信向所述地面站上传视频或图像采集信息，其中所述下行链路为170MHz短波通信信道，所述上行链路为700M专用通信信道。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的通信模块还包括ZigBee子模块，以便进行多点自主组网、协同完成所指派的任务。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的任务设备包括图像采集设备、海上救生设备、水下测绘仪器。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的图像采集设备为防水摄像头，其设在所述航行器的壳体外表面。在一个实施例中，优选的是，根据本专利技术的无人驾驶水上航行器的控制单元中设置有自主航行控制算法程序，在系统初始化结束后，控制单元判断是否需要进入自主航行状态，如果是，则运行所述自主航行控制算法程序，如果否，则解析所述远程指令以进行手动控制航行。本专利技术具有如下优点：(1)无人驾驶船舶可以降低人工成本、节能降耗、减少事故；(2)替代人工完成人类不方便完成的任务，例如可以对未知水域进行探测，了解资源分布等；(3)由于无人船的姿态随时被检测，并且可以自动调整，因此本专利技术的无人船行更安全，在风浪比较大的情况下也可以保证安全航行。并且，在船体静止时，为了完成拍摄等任务，可通过调整船体姿态进行拍摄角度选取，从而保证拍摄画面质量。本专利技术的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本专利技术的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本专利技术而被了解。本专利技术的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1显示了根据本专利技术的一个实施例的无人驾驶水上航行器的外部结构示意图；图2是显示了根据本专利技术的一个实施例的无人驾驶水上航行器的功能结构示意图；图3是根据本专利技术的一个实施例进行任务规划的流程图；图4显示了根据本专利技术的一个实施例的用以安全航行的控制单元的结构框图；图5是根据本专利技术对航行控制单元进行硬件实现的电路原理框图；图6是根据本专利技术的航行控制单元中的控制程序的总体流程图；图7是根据本专利技术的安全航行模块的结构图；以及图8是根据本专利技术一个实施例的进行多点组网的方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细说明。在一些已经进行的研究中可以知道，无人驾驶船舶技术中的重点和难点是智能技术与控制技术。对于无人驾驶船舶来说，智能是最基本的特点。该型船舶必须能够自主进行环境探测、目标识别、自主避障、路径自主规划等。而控制技术也是核心技术之一，对指令的反应是否灵敏等是决定无人驾驶船舶能否成功航行的关键。本专利技术提出了一种可商业应用的无人驾驶水上航行器，其可替代普通船只和船员执行一些任务，例如：水上救援、水下探测、安防巡逻、环保监测等。如图1所示，其中显示了根据本专利技术一个实施例设计的无人驾驶水上航行器的外观结构图。在该图中，可以看出，水上航行器具有类似船舶形状的壳体。针对壳体所容纳的功能设备来将其分为三大部分：任务舱部分101、控制舱部分102和动力舱部分104。如图所示，任务舱和控制舱分布在所述壳体的上半部分，其中，任务舱接近壳体的下半尾部位置，控制仓位于壳体的下半中部位置。任务舱部分101位于航行器的靠尾部分，用以安置各种任务设备。在根据本专利技术一个实施例的无人驾驶水上航行器中，所述任务设备包括图像采集设备、海上救生设备、水下测绘仪器。在根据本专利技术一个实施例的无人驾驶水上航行器中，图像采集设备为防水摄像头，其设在航行器的壳体外表面。在根据本专利技术一个实施例的无人驾驶水上航行器中，所述航行器的水下测绘仪器通过所述航行器壳体上设置的释放机构而深入到目标水域以下，其中：所述释放机构一端固定连接所述航行器的壳体，另一端固定连接所述测绘仪器。海上救生设备包括定位装置、缆绳以及救生扶环，其中：救生扶环固定安装在船体甲板外沿；定位设备装置实时探测生命信号以搜寻并定位待搜救目标。控制舱部分102位于航行器的中部，用以安置控制航行器进行任务操作、与外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人驾驶水上航行器，其特征在于，所述航行器包括：控制单元，其设在航行器的控制舱中，用以根据远程指令来设定并分派任务操作，并根据所述远程指令或自动向航行器的动力系统发送航行控制信号进行安全的无人驾驶，其中所述航行控制信号中包括速度指标、方向指标、距离指标；其中，所述控制单元进一步包括：通信模块，其配置为用以与操控中心进行通信，以接收远程指令或向所述操控中心返回所述航行器的当前航行状态和航行条件；航行控制模块，其配置为根据所述远程指令制定路线计划，并在该计划下实时产生航行控制信号以使得所述航行器到达目的地；姿态调整模块，其配置为根据所检测的所述航行器的当前姿态信息来调整航行器运行过程中的航行姿态或者执行任务时的静止姿态。

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶水上航行器，其特征在于，所述航行器包括：控制单元，其设在航行器的控制舱中，用以根据远程指令来设定并分派任务操作，并根据所述远程指令或自动向航行器的动力系统发送航行控制信号进行安全的无人驾驶，其中所述航行控制信号中包括速度指标、方向指标、距离指标；其中，所述控制单元进一步包括：通信模块，其配置为用以与操控中心进行通信，以接收远程指令或向所述操控中心返回所述航行器的当前航行状态和航行条件；航行控制模块，其配置为根据所述远程指令制定路线计划，并在该计划下实时产生航行控制信号以使得所述航行器到达目的地；姿态调整模块，其配置为根据所检测的所述航行器的当前姿态信息来调整航行器运行过程中的航行姿态或者执行任务时的静止姿态。2.根据权利要求1所述的无人驾驶水上航行器，其特征在于，所述姿态调整模块包括姿态控制器、姿态传感器、液压系统、T型水翼和至少两套压浪板，所述姿态传感器用以检测所述航行器的姿态信息，所述姿态信息包括纵摇频率和幅度、横摇频率和幅度、俯仰、航向角以及加速度，所述姿态调整模块的姿态控制器用以在所述航行器到达目的地时，根据要执行的任务类别和当前姿态信息对航行器的静止姿态通过所述液压系统、T型水翼和至少两套压浪板来自动进行调整。3.根据权利要求2所述的无人驾驶水上航行器，其特征在于，所述航行器还包括若干任务设备，其设在所述任务舱内，以执行所述控制单元指配的的任务操作，以及任务设备控制模块，其用于在姿态调整结束后控制任务设备执行当前的任务操作。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：于进勇，
申请(专利权)人：于进勇，
类型：发明
国别省市：山东;37