[發明專利]一種無人三棲車的控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210011502.5
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102529621A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李琳輝;胡平;連靜;韓虎;李明;呂仁志;王蒙蒙;王文波
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B60F5/02
• 分類號: B60F5/02;B60R16/023
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種無人三棲車的控制系統，其特征在于：包括信息采集模塊(2)、信息處理模塊(1)、模式選擇模塊和執行機構模塊；

所述的信息采集模塊(2)包括GPS定位傳感器(3)、一對CCD圖像傳感器(4)、陀螺儀(5)、微波雷達傳感器(6)、主驅動電機轉速傳感器(7)、副驅動電機轉速傳感器(8)和角位移傳感器(9)，所述的GPS定位傳感器(3)、一對CCD圖像傳感器(4)、陀螺儀(5)、微波雷達傳感器(6)、主驅動電機轉速傳感器(7)、副驅動電機轉速傳感器(8)和角位移傳感器(9)分別通過電線連接到信息處理模塊(1)；其中，GPS定位傳感器(3)用來獲取無人三棲車的定位信息、確定無人三棲車的位置，CCD圖像傳感器(4)用來采集無人三棲車前方圖像數據，陀螺儀(5)用來精確地確定運動車體的姿態，微波雷達傳感器(6)用來檢測影響無人三棲車行駛的前方障礙物，主驅動電機轉速傳感器(7)和副驅動電機轉速傳感器(8)分別用來獲取主驅動電機轉速信號和副驅動電機轉速信號，角位移傳感器(9)用來檢測步進電機(13)的旋轉角度；

所述的信息處理模塊(1)包括嵌入式電控單元(10)，其作用是根據信息采集模塊(2)獲取的當前外部環境信息進行處理，與預裝在嵌入式電控單元(10)里的地理信息數據結合，自主判斷選擇正確的模式，從而控制執行機構模塊中的部件進行相應的動作；所述的外部環境信息包括無人三棲車的位置、姿態、前方道路圖像、前方障礙物在車體坐標系中的位置；

所述的模式選擇模塊包括陸地模式控制器(29)、水上模式控制器(11)、飛行模式控制器(12)和六個電控離合器，其中，電控離合器A(27)控制陸地模式時驅動動力傳遞的通與斷；電控離合器B(23)控制水上模式時驅動動力傳遞的通與斷；電控離合器C(19)控制飛行模式時驅動動力傳遞的通與斷；電控離合器D(25)控制陸地模式時轉向動力傳遞的通與斷；電控離合器E(20)控制水上模式時轉向動力傳遞的通與斷；電控離合器F(15)控制飛行模式時轉向動力傳遞的通與斷；陸地模式控制器(29)控制電控離合器A(27)和電控離合器D(25)的開與關；水上模式控制器(11)控制電控離合器B(23)和電控離合器E(20)的開與關；飛行模式控制器(12)控制電控離合器C(19)和電控離合器F(15)的開與關；模式選擇模塊的作用是根據信息處理模塊(1)發送的指令控制三種模式控制器，從而控制相應的電控離合器的接合與分離，從而使無人三棲車切換到正確的模式中；

所述的執行機構模塊由主驅動電機(28)、副驅動電機(14)和一個步進電機(13)組成；主驅動電機(28)既作為陸地模式時汽車驅動電機，也作為水上模式時螺旋槳(22)的驅動電機，還作為飛行模式時上旋翼(18)的驅動電機；副驅動電機(14)在飛行模式下只驅動下旋翼(16)；在陸地模式和水上模式時，步進電機(13)控制無人三棲車的轉向，而在飛行模式時步進電機(13)控制無人三棲車的前進與后退。

2.一種如權利要求1所述的無人三棲車的控制系統的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、由信息采集模塊(2)對當前無人三棲車周圍環境和所處位置、姿態、前方道路圖像、前方障礙物在車體坐標系中的位置進行采集；

B、由信息處理模塊(1)對步驟A所獲得的信息進行處理，與預裝的地理信息數據結合，綜合評判當前無人三棲車所處的環境，規劃出前方道路的有效路徑節點，然后控制無人三棲車按規劃好的路徑進行自主行駛，在行駛過程中，根據所處道路環境在陸地模式、水上模式和飛行模式之間進行自主切換：

B1、陸地模式：無人三棲車的主要運行模式；在這種模式下，嵌入式電控單元(10)給模式選擇模塊發送指令，模式選擇模塊接收到指令后，將同時接通電控離合器A(27)和電控離合器D(25)；然后，主驅動電機(28)通過電控離合器A(27)將動力傳遞給驅動輪(26)來驅動無人三棲車在陸地上行駛，步進電機(13)通過電控離合器D(25)與轉向器(24)相連來改變無人三棲車在陸地上的行駛方向；在行駛的過程中，嵌入式電控單元(10)通過控制主驅動電機(28)的轉速來控制無人三棲車在陸地上的速度；嵌入式電控單元(10)通過控制步進電機(13)的轉角來改變無人三棲車在陸地上行駛的方向；如果在地理信息數據中前方路徑為滿足水上模式的水域，無人三棲車則進入水上模式；按照水上模式自主行駛；如果無人三棲車無法避讓前方路徑上遇到的障礙物，無人三棲車則進入飛行模式；

B2、水上模式：在這種模式下，嵌入式電控單元(10)給模式選擇模塊發送指令，模式選擇模塊接收到指令后，將同時接通電控離合器B(23)和電控離合器E(20)；然后，主驅動電機(28)通過電控離合器B(23)將動力傳遞給螺旋槳(22)來驅動無人三棲車在水上行駛，步進電機(13)通過電控離合器E(20)與舵(21)相連來改變無人三棲車在水上的行駛方向；在行駛過程中，嵌入式電控單元(10)通過控制主驅動電機(28)的轉速來控制無人三棲車在水上的行駛速度；嵌入式電控單元(10)通過控制步進電機(13)的轉角來改變無人三棲車在水上行駛的方向；如果到達岸邊，無人三棲車自主切換到陸地模式；如果不能直接切換，無人三棲車則通過飛行模式過渡，由水上模式向陸地模式切換；然后，按照陸地模式自主行駛；

B3、飛行模式：在陸地模式和水上模式都無法行駛時才使用飛行模式；在這種模式下，嵌入式電控單元(10)給模式選擇模塊發送指令，模式選擇模塊接收到指令后，將同時接通電控離合器C(19)和電控離合器F(15)；然后，主驅動電機(28)通過電控離合器C(19)將動力傳遞給上旋翼(18)，步進電機(13)通過電控離合器F(15)與拉桿組件(17)相連來控制無人三棲車在空中的前進或后退；同時，嵌入式電控單元(10)也會控制副驅動電機(14)驅動下旋翼(16)轉動；在飛行的過程中，嵌入式電控單元(10)分別控制主驅動電機(28)和副驅動電機(14)的轉速，根據主驅動電機(28)和副驅動電機(14)的轉速差來控制無人三棲車在空中的左轉或右轉；如果上旋翼(18)的轉速n_上等于下旋翼(16)的轉速n_下，嵌入式電控單元(10)通過控制主驅動電機(28)和副驅動電機(14)以相同的轉速變化來控制無人三棲車的上升或下降；嵌入式電控單元(10)通過控制步進電機(13)的轉角來控制拉桿組件(17)上下移動，從而控制旋翼的平面傾斜方向來控制無人三棲車在空中的前進或后退；當到達依據地理信息數據所規劃的最近一個可降落路徑節點后，無人三棲車降落；如果降落位置為陸地，按照陸地模式自主行駛；如果降落位置為水域，按照水上模式自主行駛。