一种无人船自主航行系统及其方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115047868A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210529661.8(22)申请日2022.05.16(71)申请人江苏科技大学地址212100江苏省镇江市丹徒区长晖路666号(72)发明人管延敏马国杰虞嘉晨钟璐阳汪恭志余钱程陈萍(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师徐澍(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种无人船自主航行系统及其方法(57)摘要本发明公开了一种无人船自主航行系统及其方法，包括：船端部分，用于无人船的航行姿态和位置检测、数据采集、执行元件控制，含树莓派、Pixhawk、GPS、航姿检测模块、电机；岸基部分，包括无线收发器、用于从岸端向船端发送控制指令的遥控器和地面站；地面站包括远程控制平台或PC，和无人船无线通信并进行控制，上传新任务和设置参数；工作人员可用API通过Mavlink协议与无人船通信，实现对无人船状态和参数信息的编程访问，以及对无人船运动的直接控制；可通过地面站实时观测无人船的位置、航点、航速等信息，并对系统的在线参数实时调整。本发明无人船的自主航行程度高，有利于提高无人船的模块化和标准化水平。CN115047868ACN115047868A权利要求书1/2页1.一种无人船自主航行系统，其特征在于，包括：船端部分，用于无人船的航行运动姿态检测、位置信息检测、航行数据采集、执行元件控制；包括树莓派、Pixhawk、GPS模块、航姿检测模块、由第一电调提供驱动的第一电机、由第二电调提供驱动的第二电机；Pixhawk提供相对稳定和高效的自动驾驶实现方式；GPS模块为无人船提供准确的定位信息；航姿检测模块为无人船提供实时的航向与姿态信息；无人船由第一电机和第二电机提供推进，并通过两个电机的差速转动实现转向；所述的树莓派在Linux操作系统上运行，使用Python语言编程，并有对应库对Pixhawk进行访问；测试人员可使用API通过Mavlink协议与无人船进行通信，从而实现对无人船的状态和参数信息的编程访问，以及对无人船运动的直接控制；岸基部分，包括用于岸基和Pixhawk的数据传输的无线收发器、用于从岸端向船端发送控制指令的遥控器、地面站；所述的地面站是在岸基PC端上运行的软件应用程序，包括远程控制平台或PC端，通过无线方式和无人船进行通信，控制航行中的无人船，上传新任务和设置参数；操作人员通过地面站实时观测无人船的各项信息：位置、航点、航向、航速、设备剩余电量，并进行系统的在线参数实时调整。2.根据权利要求1所述的一种无人船自主航行系统，其特征在于，所述的地面站是虚拟驾驶舱，可显示无人船航姿和位置的实时数据、与真实驾驶无人船相同的仪表数据和来自船端树莓派摄像机的实时视频；地面站所采用版本为Windows下的MissionPlanner。3.根据权利要求1所述的一种无人船自主航行系统，其特征在于，所述的遥控器采用乐迪R9DS。4.根据权利要求1所述的一种无人船自主航行系统，其特征在于，所述的无线收发器采用XBRadioPRO。5.根据权利要求1所述的一种无人船自主航行系统，其特征在于，所述的Pixhawk采用版本为Pixhawk2.4.8。6.根据权利要求1所述的一种无人船自主航行系统，其特征在于，所述的航姿检测模块采用北微BWK218。7.一种无人船自主航行方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的无人船自主航行系统，其方法包括：第一阶段：根据无人船实际情况，对无人船自主航行系统进行固件配置和参数调整；其固件可直接应用开源飞控社区发布的无人船固件；其内部函数和参数需要根据无人船进行实际调整的步骤包括：S1.1.船端部分与地面站建立链接：将系统上电，使船端和岸端初始化，岸端通过无线收发器和船端Pixhawk建立链接；S1.2.将无人船固件加载到Pixhawk硬件当中并获取固件参数：先判断系统内设备是否为自动驾驶仪Pixhawk，再判断自动驾驶仪Pixhawk内固件是否为无人船固件；若是，则执行下一步，若否，则需要人员进行固件修改，更新后再获取无人船固件内参数；S1.3.设置并配置外围设备，包括GPS模块、航姿检测模块、无线收发器、遥控器；S1.4.对无人船固件内参数进行调整并修改实船的控制增益，使无人船的响应和固件参数整体配置相适应；第二阶段，无人船航迹规划，包括：2CN115047868A权利要求书2/2页S2.1.无人船配置和参数调整完毕后将系统重启，系统初始化并进行软件自检和硬件自检，打开地面站并通过软件写入航点并生成航线，航点生成航线的算法为B样条曲线拟合；S2.2.拟合成航线后，将航线信息转换