一种无人船二维激光雷达自稳装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人船二维激光雷达自稳装置及其控制方法，所述装置包括第一旋转轴、第二旋转轴和伺服控制系统，第二旋转轴安装在第一旋转轴上，第二旋转轴用于安装二维激光雷达。本发明专利技术通过将自稳装置应用到无人船二维激光雷达上，实现了二维激光雷达测距在同一平面上，解决了因无人船摇摆导致误将水平面判定为障碍物的问题，隔离了各种干扰对二维激光雷达测距的影响，从而实现了二维激光雷达随动位姿稳定控制。本发明专利技术通过卡尔曼滤波方法，将加速度计和陀螺仪输出的角度值进行融合，实现了无人船横滚角和俯仰角的准确获得。本发明专利技术通过对伺服电机进行双闭环PID控制，实现了伺服控制系统动态响应的快速性，提高了伺服电机扭矩的反应速度。

Two dimensional laser radar self stabilizing device for unmanned ship and its control method

The invention discloses an unmanned ship 2D laser radar self stabilizing device and control method thereof, wherein the device comprises a first rotating shaft, second rotating shaft and servo control system, the second rotating shaft is arranged on the first rotary shaft, second rotating shaft for mounting a 2D laser radar. The self stabilizing device applied to unmanned ship 2D laser radar, the 2D laser radar range on the same plane for unmanned ship swing will lead to false level determination for obstacle problems, isolation effect of various interference on 2D laser radar ranging, so as to realize the 2D laser radar the posture stabilization control. Through the Calman filtering method, the angle value of the output of the accelerometer and gyroscope is fused, and the roll angle and pitch angle of the unmanned ship are acquired accurately. Through double closed loop PID control of servo motor, the dynamic response speed of servo control system is realized, and the reaction speed of servo motor torque is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种无人船二维激光雷达自稳装置及其控制方法
本专利技术属于无人船领域，尤其涉及一种无人船二维激光雷达自稳装置及其控制方法。
技术介绍
激光雷达是实现无人船环境感知的重要传感器，对于实现无人船自主导航避障、检测无人船航行环境的障碍物起着重要的作用。而二维激光雷达在一固定平面上，可以感知无人船360度的环境信息，将检测到的障碍物距离和角度数据发送到无人船的控制伺服控制系统。但是由于无人船在执行作业任务时，经常受到风浪等干扰使无人船产生摇摆。此时二维激光雷达易受到无人船摇摆产生的角度和角速度的影响，使得测量的数据不在预定平面上，导致无人船的控制伺服控制系统对障碍物误判。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种能够消除无人船摇摆引起的倾斜对角度和角速度的影响，隔离各种扰动对激光雷达检测障碍物的影响，实现二维激光雷达随动位姿稳定控制的无人船二维激光雷达自稳装置及其控制方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种无人船二维激光雷达自稳装置，包括底座、第一支架、第一旋转轴、第二支架、第二旋转轴、第三支架和伺服控制系统，所述第一旋转轴通过第一支架安装在底座上，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人船二维激光雷达自稳装置，其特征在于：包括底座(1)、第一支架(2)、第一旋转轴(3)、第二支架(4)、第二旋转轴(5)、第三支架(6)和伺服控制系统，所述第一旋转轴(3)通过第一支架(2)安装在底座(1)上，所述第二旋转轴(5)通过第二支架(4)安装在第一旋转轴(3)上，所述第三支架(6)安装在第二旋转轴(5)上；所述底座(1)固定在无人船上，所述第三支架(6)用于安装二维激光雷达(7)；所述第一旋转轴(3)与第二旋转轴(5)在空间上相互垂直；所述伺服控制系统包括伺服控制器、加速度计、陀螺仪、横滚伺服电机(8)、俯仰伺服电机(9)和光栅编码器；所述横滚伺服电机(8)与第一旋转轴(3)连...

【技术特征摘要】
1.一种无人船二维激光雷达自稳装置，其特征在于：包括底座(1)、第一支架(2)、第一旋转轴(3)、第二支架(4)、第二旋转轴(5)、第三支架(6)和伺服控制系统，所述第一旋转轴(3)通过第一支架(2)安装在底座(1)上，所述第二旋转轴(5)通过第二支架(4)安装在第一旋转轴(3)上，所述第三支架(6)安装在第二旋转轴(5)上；所述底座(1)固定在无人船上，所述第三支架(6)用于安装二维激光雷达(7)；所述第一旋转轴(3)与第二旋转轴(5)在空间上相互垂直；所述伺服控制系统包括伺服控制器、加速度计、陀螺仪、横滚伺服电机(8)、俯仰伺服电机(9)和光栅编码器；所述横滚伺服电机(8)与第一旋转轴(3)连接，所述俯仰伺服电机(9)与第二旋转轴(5)连接；所述光栅编码器有两个，分别与横滚伺服电机(8)和俯仰伺服电机(9)连接；所述伺服控制器、加速度计和陀螺仪安装在无人船上；所述伺服控制器通过导线分别与光栅编码器、加速度计和陀螺仪连接；所述加速度计与陀螺仪提供无人船的姿态信息；所述伺服控制器接收来自加速度计和陀螺仪的无人船姿态信息，并且与光栅编码器传输来的伺服电机位置和速度信息进行对比，采用双闭环PID控制，实现二维激光雷达(7)的自稳；所述光栅编码器有两个，分别检测横滚伺服电机(8)和俯仰伺服电机(9)的运行状态，所述运行状态包括角度和位置信息。2.根据权利要求1所述的一种无人船二维激光雷达自稳装置，其特征在于：所述的第一旋转轴(3)与无人船的纵向轴线垂直。3.一种无人船二维激光雷达自稳装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：A、获取无人船准确的横滚角和俯仰角信息根据陀螺仪在动态时测量较准确但静态时性能较差、加速度计在静态时测量较准确但动态时性能较差的特点，通过卡尔曼滤波方法进行数据融合，得到无人船准确的横滚角和俯仰角信息；B、双闭环PID控制伺服控制器接收来自加速度计和陀螺仪的无人船姿态信息，并且与光栅编码器传输来的伺服电机位置和速度信息进行对比，采用双闭环PID控制，实现自稳；所述双闭环PID控制，外环...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，高云程，郑忠玖，邓琪，杨毅，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21