[發(fā)明專利]一種無人船自主航行系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210529661.8
• 申請日: 2022-05-16
• 公開（公告）號: CN115047868A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 管延敏;馬國杰;虞嘉晨;鐘璐陽;汪恭志;余錢程;陳萍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: 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: 徐澍

1.一種無人船自主航行系統(tǒng)，其特征在于，包括：

船端部分，用于無人船的航行運動姿態(tài)檢測、位置信息檢測、航行數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行元件控制；包括樹莓派、Pixhawk、GPS模塊、航姿檢測模塊、由第一電調(diào)提供驅(qū)動的第一電機、由第二電調(diào)提供驅(qū)動的第二電機；Pixhawk提供相對穩(wěn)定和高效的自動駕駛實現(xiàn)方式；GPS模塊為無人船提供準(zhǔn)確的定位信息；航姿檢測模塊為無人船提供實時的航向與姿態(tài)信息；無人船由第一電機和第二電機提供推進，并通過兩個電機的差速轉(zhuǎn)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向；所述的樹莓派在Linux操作系統(tǒng)上運行，使用Python語言編程，并有對應(yīng)庫對Pixhawk進行訪問；

測試人員可使用API通過Mavlink協(xié)議與無人船進行通信，從而實現(xiàn)對無人船的狀態(tài)和參數(shù)信息的編程訪問，以及對無人船運動的直接控制；

岸基部分，包括用于岸基和Pixhawk的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線收發(fā)器、用于從岸端向船端發(fā)送控制指令的遙控器、地面站；所述的地面站是在岸基PC端上運行的軟件應(yīng)用程序，包括遠程控制平臺或PC端，通過無線方式和無人船進行通信，控制航行中的無人船，上傳新任務(wù)和設(shè)置參數(shù)；操作人員通過地面站實時觀測無人船的各項信息：位置、航點、航向、航速、設(shè)備剩余電量，并進行系統(tǒng)的在線參數(shù)實時調(diào)整。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人船自主航行系統(tǒng)，其特征在于，所述的地面站是虛擬駕駛艙，可顯示無人船航姿和位置的實時數(shù)據(jù)、與真實駕駛無人船相同的儀表數(shù)據(jù)和來自船端樹莓派攝像機的實時視頻；地面站所采用版本為Windows下的Mission Planner。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人船自主航行系統(tǒng)，其特征在于，所述的遙控器采用樂迪R9DS。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人船自主航行系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線收發(fā)器采用XB Radio PRO。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人船自主航行系統(tǒng)，其特征在于，所述的Pixhawk采用版本為Pixhawk 2.4.8。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人船自主航行系統(tǒng)，其特征在于，所述的航姿檢測模塊采用北微BWK218。

7.一種無人船自主航行方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至6任一項所述的無人船自主航行系統(tǒng)，其方法包括：

第一階段：根據(jù)無人船實際情況，對無人船自主航行系統(tǒng)進行固件配置和參數(shù)調(diào)整；其固件可直接應(yīng)用開源飛控社區(qū)發(fā)布的無人船固件；其內(nèi)部函數(shù)和參數(shù)需要根據(jù)無人船進行實際調(diào)整的步驟包括：

S1.1.船端部分與地面站建立鏈接：將系統(tǒng)上電，使船端和岸端初始化，岸端通過無線收發(fā)器和船端Pixhawk建立鏈接；

S1.2.將無人船固件加載到Pixhawk硬件當(dāng)中并獲取固件參數(shù)：先判斷系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備是否為自動駕駛儀Pixhawk，再判斷自動駕駛儀Pixhawk內(nèi)固件是否為無人船固件；若是，則執(zhí)行下一步，若否，則需要人員進行固件修改，更新后再獲取無人船固件內(nèi)參數(shù)；

S1.3.設(shè)置并配置外圍設(shè)備，包括GPS模塊、航姿檢測模塊、無線收發(fā)器、遙控器；

S1.4.對無人船固件內(nèi)參數(shù)進行調(diào)整并修改實船的控制增益，使無人船的響應(yīng)和固件參數(shù)整體配置相適應(yīng)；

第二階段，無人船航跡規(guī)劃，包括：

S2.1.無人船配置和參數(shù)調(diào)整完畢后將系統(tǒng)重啟，系統(tǒng)初始化并進行軟件自檢和硬件自檢，打開地面站并通過軟件寫入航點并生成航線，航點生成航線的算法為B樣條曲線擬合；

S2.2.擬合成航線后，將航線信息轉(zhuǎn)換為Google地圖中的經(jīng)緯度信息并通過Mavlink協(xié)議傳輸?shù)絇ixhawk中，使用遙控器通過SBUS協(xié)議發(fā)送解鎖指令，此時無人船處于非自主巡航模式，需要測試人員通過遙控器發(fā)送執(zhí)行自主巡航指令，系統(tǒng)才會執(zhí)行預(yù)設(shè)的自主巡航任務(wù)；系統(tǒng)可通過遙控器發(fā)送其它巡航模式的對應(yīng)模式切換指令，使無人船執(zhí)行相應(yīng)模式下的航行任務(wù)。