[發(fā)明專利]一種無人船自動(dòng)停泊系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710156353.4
• 申請(qǐng)日: 2017-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN106896815B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉云平;徐澤;劉佳;劉青山;胡凱;李渝;蔣星宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

1.一種無人船自動(dòng)停泊系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置于無人船上的自動(dòng)定位停泊模塊、設(shè)置于水岸交界處的回收平臺(tái)以及設(shè)置于岸邊的定位牌；其中，自動(dòng)定位停泊模塊包括控制器、GPS收發(fā)裝置、無線通信裝置、電子羅盤、陀螺儀、灰度攝像頭、攝像頭、第一超聲波傳感器、動(dòng)力單元，所述GPS收發(fā)裝置、電子羅盤、陀螺儀、灰度攝像頭、攝像頭、第一超聲波傳感器、動(dòng)力單元分別與控制器連接，第一超聲波傳感器設(shè)置于無人船船頭位置，控制器通過無線通信裝置與回收平臺(tái)通信；定位牌包括一個(gè)黑色識(shí)別條和兩個(gè)灰色識(shí)別條，兩個(gè)灰色識(shí)別條以黑色識(shí)別條為中心相互對(duì)稱；回收平臺(tái)包括回收平臺(tái)基座、四個(gè)支撐桿、四個(gè)壓力傳感器、電機(jī)、導(dǎo)軌、線纜，壓力傳感器、電機(jī)分別與控制器連接，四個(gè)支撐桿平均分布于回收平臺(tái)基座表面，每個(gè)支撐桿頂端設(shè)置一個(gè)壓力傳感器，回收平臺(tái)基座一側(cè)與導(dǎo)軌相連，電機(jī)通過線纜帶動(dòng)回收平臺(tái)基座沿導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)；回收平臺(tái)基座與導(dǎo)軌相連的一側(cè)的長(zhǎng)度與定位牌的長(zhǎng)度相等，且定位牌設(shè)置于回收平臺(tái)正后方；

所述動(dòng)力單元包括相互對(duì)稱的左側(cè)推進(jìn)螺旋槳、右側(cè)推進(jìn)螺旋槳，且左側(cè)推進(jìn)螺旋槳、右側(cè)推進(jìn)螺旋槳分別與控制器連接；

所述無人船自動(dòng)停泊系統(tǒng)還包括碰撞保護(hù)模塊，所述碰撞保護(hù)模塊包括氣囊、第二至第三超聲波傳感器、第一至第二紅外線收發(fā)裝置，氣囊、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第一紅外線收發(fā)裝置、第二紅外線收發(fā)裝置分別與控制器連接；且氣囊設(shè)置于回收平臺(tái)基座與導(dǎo)軌相連的一側(cè)的中間，第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器分別設(shè)置于氣囊兩側(cè)，以氣囊為中心相互對(duì)稱，與氣囊所在側(cè)垂直的兩側(cè)分別設(shè)置有第一紅外線收發(fā)裝置、第二紅外線收發(fā)裝置，且第一紅外線收發(fā)裝置、第二紅外線收發(fā)裝置與氣囊所在側(cè)的距離為2cm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無人船自動(dòng)停泊系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器采用STM32單片機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述無人船自動(dòng)停泊系統(tǒng)，其特征在于，所述定位牌設(shè)置于回收平臺(tái)正后方5cm處。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述無人船自動(dòng)停泊系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)采用50KG電機(jī)。

5.一種無人船自動(dòng)停泊方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，利用GPS收發(fā)裝置確定無人船與回收平臺(tái)的距離，當(dāng)無人船與回收平臺(tái)的距離小于等于2m時(shí)，通過灰度攝像頭捕捉無人船前方的圖像；

步驟2，對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理，設(shè)定圖像大小為N*M，各個(gè)像素點(diǎn)表示為P_ij(red_ij，green_ij，blue_ij)，將每個(gè)像素點(diǎn)做以下變換，得到G_ij(g1_ij，g2_ij，g3_ij)，其中，g1_ij＝0.2950*red_ij，g2_ij＝0.5865*green_ij，g3_ij＝0.1185*blue_ij，1≤i≤N，1≤j≤M；

步驟3，對(duì)圖像每列像素點(diǎn)進(jìn)行處理，得到單列像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)值K_j，處理公式為：

L_ij＝[(g1_ij-255)+(g2_ij-255)+(g3_ij-255)+c]²；c＝1，

步驟4，對(duì)K_j從大到小排序，并將排好序的數(shù)據(jù)值的列編號(hào)值j賦給A[M]數(shù)組，利用第一超聲波傳感器測(cè)量無人船與回收平臺(tái)的距離L；

若L50cm，從A[M]數(shù)組中提取A[0]，Q＝A[0]-M/2；

若Qq1，則控制無人船右旋，3≤q1≤5；

若-q1≤Q≤q1，則控制無人船保持現(xiàn)有狀態(tài)不變；

若Q-q1，則控制無人船左旋；

若L≤50cm，從A[M]數(shù)組中提取A[0]-A[4]，v_i為殘差；

若|σ|0.4，則S＝[A[0]+σ]/(M/2)；

若Ss1，則控制無人船右旋，1≤s1≤3；

若-s1≤S≤s1，則控制無人船保持現(xiàn)有狀態(tài)不變；

若S-s1，則控制無人船左旋；

若|σ|≥0.4，則控制無人船保持現(xiàn)有狀態(tài)不變；

步驟5，當(dāng)無人船進(jìn)入回收平臺(tái)基座時(shí)，利用第一超聲波傳感器測(cè)量無人船與回收平臺(tái)的距離，當(dāng)距離小于3cm時(shí)，控制器控制動(dòng)力單元停止工作，與此同時(shí)，第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第一紅外線收發(fā)裝置、第二紅外線收發(fā)裝置開始工作，當(dāng)?shù)诙暡▊鞲衅鳌⒌谌暡▊鞲衅鳒y(cè)量無人船與回收平臺(tái)的距離小于1.5cm且第一紅外線收發(fā)裝置、第二紅外線收發(fā)裝置檢測(cè)到無人船通過時(shí)，打開氣囊；

步驟6，無人船進(jìn)入回收平臺(tái)基座后，回收平臺(tái)基座開始上浮，同時(shí)，壓力傳感器檢測(cè)壓力值并傳送至控制器，當(dāng)壓力值正確時(shí)，回收平臺(tái)基座平穩(wěn)上浮，否則，基座停止上浮并通知岸上的操作員，由操作員通過攝像頭傳輸?shù)漠嬅婵刂茻o人船調(diào)整姿勢(shì)后重新上浮。