[發(fā)明專利]小型水面機(jī)器人裝置及自適應(yīng)水流優(yōu)化導(dǎo)航方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010167730.2
• 申請(qǐng)日: 2010-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN101833335A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王銘鈺;張?jiān)骑w;張祚;成亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 珠海云洲智能科技有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02;B63B49/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水面機(jī)器人裝置及其導(dǎo)航方法，尤其是一種帶有自動(dòng)控制裝置的小型水面機(jī)器人裝置，以及小型水面機(jī)器人自適應(yīng)水流優(yōu)化導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

水面機(jī)器人也稱作無(wú)人船，即為無(wú)人操控的智能的水面平臺(tái)，可搭載各種監(jiān)控監(jiān)測(cè)勘探設(shè)備進(jìn)行不同應(yīng)用。其應(yīng)用目前正逐步得到推廣。對(duì)于沒(méi)有人操控而需要完全自主行駛的水面機(jī)器人來(lái)說(shuō)，導(dǎo)航方法至關(guān)重要。導(dǎo)航算法是指當(dāng)輸入給無(wú)人船目的地后，水面機(jī)器人根據(jù)自身所在位置，駛向目的地。期間要經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，給自身的螺旋槳、船舵(若是雙螺旋槳船體，則是調(diào)整兩槳的差速)發(fā)出指令，不斷校正，最終到達(dá)目的地的方法。

目前尚沒(méi)有專門針對(duì)小型水面機(jī)器人(長(zhǎng)度1米左右)的優(yōu)化導(dǎo)航方法。小型水面機(jī)器人體積小、重量輕，航行時(shí)受水流影響大，往往難以走出預(yù)定的路線。目前的導(dǎo)航方法都是每時(shí)每顆保持船頭對(duì)準(zhǔn)目的地。當(dāng)水面機(jī)器人航行在水面時(shí)，會(huì)受到水流影響。而在目前的導(dǎo)航算法中，由于水流在水面機(jī)器人行駛時(shí)不方便用傳感器準(zhǔn)確測(cè)量，水流的影響一般都是靠實(shí)時(shí)校正船的方向來(lái)克服。這樣，船從起始點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑會(huì)是一條曲線，曲線的曲率主要取決于水流速度、船速以及校正頻率。一般對(duì)于小型無(wú)人船而言，由于最大速度和船本身質(zhì)量的限制，這個(gè)曲率一般都比較大。從而增加了不必要的能耗，并延長(zhǎng)了到達(dá)目的地的時(shí)間。水面波動(dòng)較大時(shí)，若小型水面機(jī)器人速度過(guò)快轉(zhuǎn)角過(guò)大還會(huì)出現(xiàn)翻船的危險(xiǎn)。若遇到障礙時(shí)，還有可能發(fā)生碰撞情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種帶有自動(dòng)控制裝置的小型水面機(jī)器人裝置，以及小型水面機(jī)器人自適應(yīng)水流優(yōu)化導(dǎo)航方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

小型水面機(jī)器人裝置，包括船體和設(shè)在船體上的驅(qū)動(dòng)裝置和控制裝置，所述控制裝置包括水流速傳感器、導(dǎo)航裝置和中央控制器；

所述導(dǎo)航裝置包括GPS衛(wèi)星定位傳感器、電子羅盤和慣性導(dǎo)航模塊；

所述導(dǎo)航裝置與中央控制器電路連接；

所述控制裝置與驅(qū)動(dòng)裝置電路連接，并實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的自動(dòng)導(dǎo)航。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述慣性導(dǎo)航模塊包括三軸陀螺儀或三軸加速度傳感器。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述控制裝置還包括雷達(dá)和激光測(cè)距傳感器。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

小型水面機(jī)器人自適應(yīng)水流優(yōu)化導(dǎo)航方法，該方法包括以下步驟：

(1)小型水面機(jī)器人通過(guò)中央控制器接收GPS定位傳感器的信號(hào)，得到其絕對(duì)坐標(biāo)；

(2)中央控制器接收慣性導(dǎo)航模塊的信號(hào)，得到小型水面機(jī)器人的加速度、角速度，并對(duì)所得加速度或角速度積分，獲得實(shí)時(shí)的速度及角度；

(3)中央控制器接收激光測(cè)距傳感器或雷達(dá)的數(shù)據(jù)，判斷與前方障礙物之間距離；

(4)中央控制器接收電子羅盤的數(shù)據(jù)，獲得前進(jìn)的方向；

(5)中央控制器接收水流速傳感器的數(shù)據(jù)，獲得水流的速度。

(6)中央控制器將上述所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)向裝置控制小型水面機(jī)器人的航向。

本發(fā)明的有益效果是：相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明小型水面機(jī)器人的體積小、重量輕，采用電力驅(qū)動(dòng)，自身無(wú)污染排放，相比大型船，不僅節(jié)約了能耗，節(jié)省了人力，而且成本較低。

本發(fā)明自適應(yīng)水流導(dǎo)航優(yōu)化方法，可以自動(dòng)適應(yīng)水流的影響，優(yōu)化行駛的路徑，提高效率，節(jié)約能源，有效增加運(yùn)行時(shí)間；同時(shí)防翻，防撞，避免了水上交通事故的發(fā)生；保證了小型水上機(jī)器人及其所載儀器儀表的安全。本發(fā)明加入了對(duì)水流預(yù)測(cè)元素的方程建立起來(lái)的導(dǎo)航算法，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，小型水面機(jī)器人的行駛軌跡近似直線，大大減少了不必要的能耗，并且節(jié)約了時(shí)間，同時(shí)可以防翻，避障，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明小型水面機(jī)器人轉(zhuǎn)彎示意圖；

圖3是本發(fā)明Δt時(shí)間內(nèi)小型水面機(jī)器人角速度ω與位移d關(guān)系圖；

圖4是本發(fā)明t時(shí)刻朝向ht示意圖。

圖中：1.船體，2.中央控制器，3.GPS衛(wèi)星定位傳感器，4.慣性導(dǎo)航模塊，5.雷達(dá)，6，激光測(cè)距傳感器，7.水流速傳感器，8.驅(qū)動(dòng)電機(jī)，9.電池，10.電子羅盤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：