[發明專利]一種無人船自主航行系統及其方法

在審

• 申請號: 202210529661.8
• 申請日: 2022-05-16
• 公開（公告）號: CN115047868A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）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）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發明公開了一種無人船自主航行系統及其方法，包括：船端部分，用于無人船的航行姿態和位置檢測、數據采集、執行元件控制，含樹莓派、Pixhawk、GPS、航姿檢測模塊、電機；岸基部分，包括無線收發器、用于從岸端向船端發送控制指令的遙控器和地面站；地面站包括遠程控制平臺或PC，和無人船無線通信并進行控制，上傳新任務和設置參數；工作人員可用API通過Mavlink協議與無人船通信，實現對無人船狀態和參數信息的編程訪問，以及對無人船運動的直接控制；可通過地面站實時觀測無人船的位置、航點、航速等信息，并對系統的在線參數實時調整。本發明無人船的自主航行程度高，有利于提高無人船的模塊化和標準化水平。

技術領域

本發明屬于船舶自主航行技術領域，涉及一種無人船自主航行系統及其方法。

背景技術

無人船是一種不依賴于人員控制，具有一定程度的自主航行能力、可實現實時環境感知、實時數據監測等任務的智能水面航行器。隨著計算機、通信、導航以及控制技術的迅速發展，無人船被逐漸應用于軍事上的海洋巡視、偵查監視以及掃雷等工作；與此同時，通過搭載不同的功能模塊，無人船也逐漸被廣泛應用于海洋救援、垃圾清理、水文地形探測、環境氣候監測以及災害預警等民用領域中。相比于傳統的人工操縱船舶，無人船具有更高的航行精度與更穩定的運行效果，并在減少人力投入，降低任務危險性等方面具有突出的優勢。因此，隨著信息技術的高度發達與無人駕駛技術的日漸成熟，無人船在應用上越來越受到人們的青睞。

目前，對無人船的研究還有很多關鍵技術需要突破。在自主航行技術領域，無人船在執行復雜任務時，往往需要有一名地面站操作人員看著無人船或對著船端的攝像頭實時傳回的畫面持續控制才能進行，類似虛擬駕駛。此方案實質上是通過人員遠程駕駛無人船實現的自主航行，航行時的精確性和穩定性目前都無法保證，嚴重依賴駕駛人員。如何使無人船自動沿著規劃好的軌跡穩定可靠航行，是當前要迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種無人船自主航行系統及其方法，能夠實時回傳無人船航行姿態、位置、狀態等航行信息和圖像信息，從而實現無人船沿著規劃好的軌跡穩定可靠的自主航行。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種無人船自主航行系統，包括：

船端部分，用于無人船的航行運動姿態檢測、位置信息檢測、航行數據采集、執行元件控制；包括樹莓派、Pixhawk、GPS模塊、航姿檢測模塊、由第一電調提供驅動的第一電機、由第二電調提供驅動的第二電機；Pixhawk提供相對穩定和高效的自動駕駛實現方式；GPS模塊為無人船提供準確的定位信息；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動實現轉向；所述的樹莓派在Linux操作系統上運行，使用Python語言編程，并有對應庫對Pixhawk進行訪問；

測試人員可使用API通過Mavlink協議與無人船進行通信，從而實現對無人船的狀態和參數信息的編程訪問，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的數據傳輸的無線收發器、用于從岸端向船端發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，上傳新任務和設置參數；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、設備剩余電量，并進行系統的在線參數實時調整。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據、與真實駕駛無人船相同的儀表數據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。

優選的，所述的遙控器采用樂迪R9DS，所述的無線收發器采用XB Radio PRO，所述的Pixhawk采用版本為Pixhawk 2.4.8，所述的航姿檢測模塊采用北微BWK218。