[發明專利]一種可實現自動避碰的無人船及其避碰方法

在審

• 申請號: 201910058460.2
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109491398A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 盧鋼輝;何昕沂;莊勇;王宇洋;陳銳
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 包姝晴;徐雯瓊

1.一種可實現自動避碰的無人船，其特征在于，包含：

信號采集模塊，包含超聲波模塊，安裝在無人船上；所述超聲波模塊用于探測無人船周圍障礙或對方船的距離信息；

無線通訊模塊，安裝在無人船上，實現無人船與他船之間無線交互信息；

航行模塊，包含電機模塊和轉向模塊，安裝在無人船上，所述電機模塊控制無人船的航行速度；所述轉向模塊控制無人船的轉動角度；

控制模塊，包含單片機，安裝在無人船上，連接超聲波模塊、無線通訊模塊和航行模塊；單片機根據超聲波模塊采集的信息，判斷與周圍的障礙或對方船是否保持安全會遇距離，并根據判斷結果驅動通訊模塊與他船信息交互，確定避讓船和主動船，計算航行壓力，生成避讓方案；當無人船為避讓船時，單片機根據避讓方案生成第一行駛指令驅動電機模塊改變航行速度，同時單片機還生成第二行駛指令驅動轉向模塊改變無人船的航向；當對方船為避讓船，單片機將避讓方案、航行壓力發送給對方船，對方船根據避讓方案調整航向。

2.如權利要求1所述的可實現自動避碰的無人船，其特征在于，所述信號采集模塊還包含GPS模塊，獲取無人船的位置信息；所述GPS模塊設置在無人船上，并連接控制模塊；控制模塊接收由GPS模塊采集的位置信息，判斷無人船是否按照設定航線行駛；當無人船偏離設定航線時，控制模塊生成第一行駛指令、第二行駛指令，分別驅動電機模塊調整航速、驅動轉向模塊調整航行角度實現無人船按設定航線定點航行。

3.如權利要求1所述的無人船自動避碰的方法，其特征在于，所述航行壓力包含無人船與對方船的間距d及相對速度v，其中V_聲表示超聲波模塊產生的超聲波的傳播速度；t表示所述超聲波從產生到接收的時間；Δt為設定的時間長度；Δd為在Δt的時間內，無人船與對方船的相對位移；當d值越小、v值越大，說明兩船相碰的危險系數越高。

4.如權利要求1所述的可實現自動避碰的無人船，其特征在于，還包含發電機；所述發電機設置在無人船上，為所述控制模塊、電機模塊、轉向模塊提供工作電能。

5.如權利要求4所述的可實現自動避碰的無人船，其特征在于，還包含穩壓模塊，設置在無人船上；所述穩壓模塊連接發電機、控制模塊、電機模塊、轉向模塊；通過穩壓模塊將發電機提供的電壓轉換為控制模塊、電機模塊、轉向模塊的正常工作電壓。

6.如權利要求1所述的可實現自動避碰的無人船，其特征在于，還包含存儲模塊，連接GPS模塊并放置在無人船上，存儲GPS模塊采集的無人船位置信息。

7.如權利要求1所述的可實現自動避碰的無人船，其特征在于，所述安全會遇距離具體是指《船舶避碰規則》制定的船舶安全會遇距離。

8.一種無人船自動避碰的方法，采用如權利要求1～7任一所述的無人船實現的，其特征在于，包含步驟：

S1、超聲波模塊采集無人船周圍的障礙物或對方船的距離信息，進入S2；

S2、單片機接收超聲波模塊采集的距離信息，當無人船與其周圍的障礙物或對方船的距離大于安全會遇距離，無人船按照原路線繼續航行；否則，進入S3；

S3、單片機驅動無線通訊模塊發送本船型號，并請求對方船反饋型號、航行速度、航行方向；對方船無反饋，單片機根據超聲波模塊采集的距離信息、無人船的航行速度生成避讓方案；進入S4；對方船有反饋，單片機根據超聲波模塊采集的距離信息、無人船的航行速度、對方船的航行速度，計算航行壓力，并生成避讓方案；單片機判斷對方船是否為主動船，當對方船為主動船，無線通訊模塊通知對方船保持原有航線，進入S4；當對方船為避讓船，進入S6；

S4、單片根據避讓方案生成第一行駛指令驅動電機模塊改變航行速度，生成第二行駛指令驅動轉向模塊改變無人船的航向；進入S5；

S5、無人船確認回復航向時機，恢復航向，按照設定路線繼續航行；

S6、單片機通過無線通訊模塊告知對方船為避讓船，并將航行壓力、避讓方案發送給對方船；對方船按照避讓方案改變航線，無人船按照原路線繼續航行。