一种可跨越障碍的水空两栖无人船及控制方法技术

本发明专利技术提供一种可跨越障碍的水空两栖无人船，包含：远程操控模块；感知模块，用于采集无人船的环境、航行、飞行信息；控制模块，无线发送环境、航行、飞行信息给远程操控模块，远程操控模块基于接收的环境、航行、飞行信息生成模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令，并发送给控制模块；航行执行模块和飞行执行模块，分别基于控制模块发送的航行控制指令、飞行控制指令，控制无人船的航行姿态、飞行姿态；模式转换模块，基于控制模块发送的模式转换指令实现无人船进行飞行模式与航行模式的转换。本发明专利技术还提供一种水空两栖无人船的控制方法。本发明专利技术的水空两栖无人船能够在航行模式与飞行模式之间切换、飞越水面障碍，适合工作在复杂水域。杂水域。杂水域。

【技术实现步骤摘要】
一种可跨越障碍的水空两栖无人船及控制方法


[0001]本专利技术涉及智能船舶
，特别涉及一种可跨越障碍的水空两栖无人船及控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程的加快，水环境污染、水生态损害和水资源短缺等问题日益突出，为推进河湖系统保护和水生态环境整体改善，目前主要依靠工作人员赴现场巡查、通过肉眼观察发现问题。对于一些复杂水域，工作人员通过乘坐船舶靠近目标水域进行观察，或者用无人船进行遥控观测，在实际工作的过程中，遇到了以下的困难：(1)城郊的河道里有居民布置的渔网横亘在河道里，或者河道中央筑有水坝，阻碍船舶的航行。(2)部分河道深浅不一，在浅水区域，水藻较多，船舶有搁浅和推进器被水藻缠绕损坏的风险。对于上面出现的问题，通常的解决方法是：如果能绕过前方障碍区域，则改道前行，如果无其他可行路线，则将船开至岸边，把船抬上来，找个水况良好的地方，再将船放下水，但这样的方案费时费力。因此设计一款可以跨越水面障碍的水空两栖无人船及控制方法则是十分必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种可跨越障碍的水空两栖无人船及控制方法，在正常水域，本专利技术的水空两栖无人船通过推进器提供的动力前行。通过搭载在水空两栖无人船上的传感器检测到前方有障碍，水空两栖无人船无法航行通过时，工作人员通过远程操控模块，无线遥控水空两栖无人船上的旋翼打开。通过旋翼带动水空两栖无人船飞过该障碍区域，到达合适水域再降落，从而提高水空两栖无人船的持续工作能力。本专利技术的水空两栖无人船可以根据需求自由切换航行状态和飞行状态，使用更为灵活，能够满足复杂水域的工作需求。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供一种可跨越障碍的水空两栖无人船，包含：远程操控模块，船体，设置在船体的感知模块、控制模块、航行执行模块、飞行执行模块、多个模式转换模块；
[0005]所述感知模块用于采集所述无人船的环境信息、航行信息、飞行信息；
[0006]所述控制模块信号连接所述感知模块、航行执行模块、飞行执行模块、模式转换模块；控制模块还无线通讯连接所述远程操控模块；通过控制模块无线发送所述环境信息、航行信息、飞行信息发送给所述远程操控模块；
[0007]所述远程操控模块基于接收的环境信息、航行信息、飞行信息生成模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令，并发送给控制模块；
[0008]航行执行模块、飞行执行模块基于控制模块发送的航行控制指令、飞行控制指令，控制无人船的航行姿态、飞行姿态；所述模式转换模块基于控制模块发送的模式转换指令实现无人船进行飞行模式与航行模式的转换。
[0009]可选的，感知模块包含：
[0010]图像采集单元，用于获取无人船周围的环境图像；
[0011]GPS，用于获取无人船的地理位置信息；
[0012]激光雷达，用于感知无人船周围的障碍物；
[0013]惯性测量单元，用于获取无人船的航行、飞行姿态；
[0014]气压计，用于获取无人船的飞行高度。
[0015]所述航行控制指令包含：航行方向控制指令、航行速度控制指令；所述飞行控制指令包含：飞行方向控制指令、飞行速度控制指令；
[0016]所述远程操控模块包含：
[0017]显示屏，用于可视化的显示所述环境信息、航行信息、飞行信息；
[0018]操作手柄，用于生成所述航行方向控制指令和飞行方向控制指令；
[0019]模式切换开关，用于生成所述模式转换指令；
[0020]调速旋钮，生成所述航行速度控制指令、飞行速度控制指令；
[0021]第一无线通讯模块，用于实现远程操控模块与控制模块之间的双向数据传输。
[0022]可选的，所述控制模块包含：
[0023]模/数转换单元，用于转换感知模块采集的模拟量的环境信息、航行信息、飞行信息为对应数字量的环境信息、航行信息、飞行信息；
[0024]第二无线通讯模块，其信号连接所述模/数转换单元、主控制器，用于无线发送所述数字量的环境信息、航行信息、飞行信息给远程操控模块；并无线接收远程操控模块发送的模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令；
[0025]主控制器，基于第二无线通讯模块接收的模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令驱动模式转换模块、航行执行模块、飞行执行模块工作。
[0026]可选的，所述船体左右对称的设有两个螺旋桨，所述航行执行模块包含：
[0027]两个推进器电机，分别对应两个螺旋桨；推进器电机的输出端传动连接对应的螺旋桨；
[0028]直流电机驱动器，电性连接在主控制器与推进器电机的控制端之间；直流电机驱动器接收主控制器发出的航行控制指令，控制两个推进器电机的转速及转速差，实现控制无人船的航速及航向。
[0029]可选的，所述模式转换模块包含：多个旋翼、第一PWM信号发生器；所述旋翼包含：内机臂、内机臂舵机、外机臂、外机臂舵机、内机臂舵角传感器、外机臂舵角传感器；
[0030]所述内机臂舵机固定设置在船体，内机臂第一端固定连接内机臂舵机输出端；所述外机臂舵机固定设置在内机臂第二端，外机臂第一端固定连接外机臂舵机输出端；
[0031]内/外机臂舵机控制端通过第一PWM信号发生器连接主控制器；第一PWM信号发生器根据主控制器发送的模式转换指令生成对应的PWM信号，驱动内/外机臂舵机正、反转；
[0032]所述内/外机臂舵角传感器连接设置在内/外机臂舵机输出端与主控制器之间，用于检测内/外机臂舵机输出端的转动角度，并生成对应的第一/第二角度检测信号；
[0033]主控制器基于第一/第二角度检测信号生成内/外机臂舵机停止指令；第一PWM信号发生器根据内/外机臂舵机停止指令生成对应的PWM信号，驱动内/外机臂舵机停止工作。
[0034]可选的，所述飞行执行模块包含：多个旋翼桨叶电机、多个旋翼桨叶、电子调速器、第二PWM信号发生器；
[0035]所述旋翼桨叶电机、旋翼桨叶设置在对应外机臂的第二端，一个外机臂对应一个旋翼桨叶电机、一个旋翼桨叶；旋翼桨叶电机的输出端传动连接对应旋翼桨叶；
[0036]主控制器依序通过第二PWM信号发生器、电子调速器连接旋翼桨叶电机控制端；所述第二PWM信号发生器其根据主控制器发送的飞行控制指令生成对应的PWM信号，电子调速器根据接收的PWM信号控制旋翼桨叶电机工作。
[0037]可选的，所述可跨越障碍的水空两栖无人船还包含电源模块，用于为航行执行模块、飞行执行模块、模式转换模块供电提供工作电能。
[0038]本专利技术还提供一种水空两栖无人船的控制方法，采用本专利技术所述的水空两栖无人船实现的，包含步骤：
[0039]S1、将两栖无人船放入水中，初始化并自检各模块；自检合格，进入S2；
[0040]S2、通过远程操控模块100获取无人船周围的图像信息，当判断无人船无法绕过前方障碍，通过远程操控模块100发送指示无人船开始航行的航行控制指令，航行执行模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可跨越障碍的水空两栖无人船，其特征在于，包含：远程操控模块，船体，设置在船体的感知模块、控制模块、航行执行模块、飞行执行模块、模式转换模块；所述感知模块用于采集所述无人船的环境信息、航行信息、飞行信息；所述控制模块信号连接所述感知模块、航行执行模块、飞行执行模块、模式转换模块；控制模块还无线通讯连接所述远程操控模块；控制模块无线发送所述环境信息、航行信息、飞行信息发送给所述远程操控模块；所述远程操控模块基于接收的环境信息、航行信息、飞行信息生成模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令，并发送给控制模块；航行执行模块、飞行执行模块基于控制模块发送的航行控制指令、飞行控制指令，控制无人船的航行姿态、飞行姿态；所述模式转换模块基于控制模块发送的模式转换指令实现无人船进行飞行模式与航行模式的转换。2.如权利要求1所述的可跨越障碍的水空两栖无人船，其特征在于，感知模块包含：图像采集单元，用于获取无人船周围的环境图像；GPS，用于获取无人船的地理位置信息；激光雷达，用于感知无人船周围的障碍物；惯性测量单元，用于获取无人船的航行、飞行姿态；气压计，用于获取无人船的飞行高度。3.如权利要求1所述的可跨越障碍的水空两栖无人船，其特征在于，所述航行控制指令包含：航行方向控制指令、航行速度控制指令；所述飞行控制指令包含：飞行方向控制指令、飞行速度控制指令；所述远程操控模块包含：显示屏，用于可视化的显示所述环境信息、航行信息、飞行信息；操作手柄，用于生成所述航行方向控制指令和飞行方向控制指令；模式切换开关，用于生成所述模式转换指令；调速旋钮，生成所述航行速度控制指令、飞行速度控制指令；第一无线通讯模块，用于实现远程操控模块与控制模块之间的双向数据传输。4.如权利要求1所述的可跨越障碍的水空两栖无人船，其特征在于，所述控制模块包含：模/数转换单元，用于转换感知模块采集的模拟量的环境信息、航行信息、飞行信息为对应数字量的环境信息、航行信息、飞行信息；第二无线通讯模块，其信号连接所述模/数转换单元、主控制器，用于无线发送所述数字量的环境信息、航行信息、飞行信息给远程操控模块；并无线接收远程操控模块发送的模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令；主控制器，基于第二无线通讯模块接收的模式转换指令、航行控制指令、飞行控制指令驱动模式转换模块、航行执行模块、飞行执行模块工作。5.如权利要求5所述的可跨越障碍的水空两栖无人船，其特征在于，所述船体左右对称的设有两个螺旋桨，所述航行执行模块包含：两个推进器电机，分别对应两个螺旋桨；推进器电机的输出端传动连接对应的螺旋桨；直流电机驱动器，电性连接在主控制器与推进器电机的控制端之间；直流电机驱动器
接收主控制器发出的航行控制指令，控制两个推进器电机的转速及转速差，实现控制无人船的航速及航向。6.如权利要求1所述的可跨越障碍的水空两栖无人船，其特征在于，所述模式转换模块包含：多个旋翼、第一PWM信号发生器；所述旋翼包含：内机臂、内机臂舵机...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，王建华，郑翔，谢志刚，钱国虎，吴奇文，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：