一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船及其避讓和防傾覆的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船及其避讓和防傾覆的方法，船體上設(shè)有防傾覆裝置和避讓裝置；防傾覆裝置包括被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)和主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：船體上設(shè)有防傾覆裝置和避讓裝置；防傾覆裝置包括被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)和主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)，被動(dòng)防傾覆方案是在船體上安裝船翼，被動(dòng)增加將要側(cè)傾時(shí)的阻力，減小側(cè)傾可能性，船身周圍還會(huì)貼上緩沖墊以減小未知沖擊力，該設(shè)計(jì)可以提高船體的穩(wěn)定性，避讓裝置可以防止無(wú)人船碰撞障礙物而造成船體的損失，并幫助無(wú)人船順利避讓障礙。
【專利說明】
一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船及其避讓和防傾覆的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船及其避讓和防傾覆的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，大部分無(wú)人船未搭載防傾覆裝置或裝置的保護(hù)能力有限，而避讓裝置也未能和防傾覆裝置很好的結(jié)合在一起，而且一般的防傾裝置中，僅兩個(gè)氣囊的設(shè)計(jì)很容易讓船只在氣囊彈出的過程中前傾或者后傾。而防傾覆裝置和避讓裝置是互補(bǔ)的，船只碰撞后很容易側(cè)翻，而這個(gè)時(shí)候避讓裝置可以讓船只保持水平以減少損失。一般的無(wú)人船由于只采用單一的防傾覆裝置甚至于沒有相應(yīng)裝置而導(dǎo)致防傾覆的能力很差，而避讓裝置也有避讓措施過于單一或者未能與防傾覆相互聯(lián)動(dòng)的缺點(diǎn)存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的問題是針對(duì)上述現(xiàn)避讓裝置過于簡(jiǎn)單準(zhǔn)確度不高的不足，而提供一種高精度避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船及其避讓和防傾覆的方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，包括船體，船體上設(shè)有防傾覆裝置和避讓裝置;防傾覆裝置包括被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)和主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)，
被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)包括分別安裝在船體兩側(cè)的船翼和貼設(shè)在船身周圍的緩沖墊；主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)包括防傾覆模塊、壓縮氣體罐、管道1、管道Π、電子閥門1、電子閥門Π、主氣囊和輔助氣囊，主氣囊有兩個(gè)，分別設(shè)置在船體的兩側(cè)，輔助氣囊有4個(gè)，分別對(duì)稱設(shè)置在船體的前端和后端，主氣囊通過管道I與壓縮氣體罐連接，管道I上設(shè)置電子閥門I，管道Π與管道I連接，管道Π上設(shè)置電子閥門Π，
防傾覆模塊包括控制器、加速傳感器、電子羅盤、陀螺儀和水銀開關(guān)，加速傳感器、電子羅盤和陀螺儀分別與控制器連接，加速傳感器、電子羅盤、陀螺儀將測(cè)得的船體側(cè)傾加速度、船體側(cè)傾角度的數(shù)據(jù)傳入控制器，控制器經(jīng)過算法預(yù)測(cè)判斷是否打開電子閥門I和電子閥門π，水銀開關(guān)預(yù)設(shè)傾覆角度，達(dá)到傾覆角度時(shí)強(qiáng)制觸發(fā)電子閥門I和電子閥門Π ;
避讓裝置包括攝像頭模塊、激光雷達(dá)和聲納，攝像頭模塊直接與地面接收站連接，激光雷達(dá)和聲納均與防傾覆模塊的控制器連接，激光雷達(dá)和聲納將數(shù)據(jù)傳給控制器，控制器通過算法判斷前方是否有障礙物以及避讓方式，控制器將激雷達(dá)和聲納的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及避讓方式傳給地面接收站供地面人員參考。
[0005]控制器將采用stm32單片機(jī)或者arm單片機(jī)。
[0006]水銀開關(guān)的縱軸與船體的縱軸垂直。
[0007]加速度傳感器、電子羅盤和陀螺儀安裝在同一水平面上。
[0008]船翼位于船體中部吃水線以下處。
[0009]攝像頭安裝在船體最前端的底部。
[0010]船翼呈扁橢圓柱體形，且表面光滑。
[0011]避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船的避讓和防傾覆的方法，包括以下步驟:
第一步、啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出給攝像頭模塊、激光雷達(dá)和聲納，攝像頭模塊將視頻流傳輸給地面接收站，激光雷達(dá)和聲納將數(shù)據(jù)傳輸給控制器后通過避讓算法得出避讓建議并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸給地面接收站供地面人員參考；
第二步、發(fā)現(xiàn)障礙后，船體停止前進(jìn)，等待地面控制人員未發(fā)出控制指令，控制器的避讓方式預(yù)設(shè)為前方有障礙但不影響航行，則繼續(xù)前行，前方有障礙影響航行，則從側(cè)方通過，前方有障礙物且側(cè)方無(wú)法通過，則后退設(shè)定新的路線；
第三步、啟動(dòng)信號(hào)傳輸給加速度傳感器、電子羅盤、陀螺儀和水銀開關(guān)，系統(tǒng)啟動(dòng)，加速度傳感器、電子羅盤和陀螺儀將數(shù)據(jù)傳輸給控制器后通過防傾覆算法得出是否需要打開電子閥門I和電子閥門Π ;水銀開關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)控船體傾斜程度，當(dāng)超出預(yù)設(shè)角度的時(shí)候也強(qiáng)制打開電子閥門I和電子閥門Π，電子閥門I和電子閥門Π打開后，主氣囊先充氣，輔助氣囊隨后充氣。
[0012]主氣囊打開后0.6秒，輔助氣囊打開。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:船體上設(shè)有防傾覆裝置和避讓裝置;防傾覆裝置包括被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)和主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)，被動(dòng)防傾覆方案是在船體上安裝船翼，被動(dòng)增加將要側(cè)傾時(shí)的阻力，減小側(cè)傾可能性，船身周圍還會(huì)貼上緩沖墊以減小未知沖擊力，該設(shè)計(jì)可以提高船體的穩(wěn)定性，避讓裝置可以防止無(wú)人船碰撞障礙物而造成船體的損失，并幫助無(wú)人船順利避讓障礙。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是船翼的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是防傾覆模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)中的充氣結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖5是避讓原理流程圖；
圖6是防傾覆原理流程圖。
[0015]其中，1-防傾覆模塊；
11-控制器;12-水銀開關(guān);13-加速傳感器;14-電子羅盤;15-陀螺儀；
2-主氣囊；
21-管道1;22_電子閥門1;23_壓縮氣體罐;24-電子閥門Π ;25_管道Π ；
3-輔助氣囊；
4-攝像頭模塊;5-激光雷達(dá);6-聲納;7-船體;8-船翼。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0017]如圖1-6所示，一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，包括船體，船體上設(shè)有防傾覆裝置和避讓裝置;防傾覆裝置包括被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)和主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)，
被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)包括分別安裝在船體兩側(cè)的船翼和貼設(shè)在船身周圍的緩沖墊;船翼提供額外的阻力以減緩無(wú)人船側(cè)翻，同時(shí)增加了船體的穩(wěn)定性，讓無(wú)人船可以更穩(wěn)定的行駛，而船體周圍的緩沖墊則可以減小沖擊力；
主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)包括防傾覆模塊、壓縮氣體罐、管道1、管道Π、電子閥門1、電子閥門Π、主氣囊和輔助氣囊，主氣囊有兩個(gè)，分別設(shè)置在船體的兩側(cè)，輔助氣囊有4個(gè)，分別對(duì)稱設(shè)置在船體的前端和后端，主氣囊通過管道I與壓縮氣體罐連接，管道I上設(shè)置電子閥門I，管道Π與管道I連接，管道Π上設(shè)置電子閥門Π，
防傾覆模塊包括控制器、加速傳感器、電子羅盤、陀螺儀和水銀開關(guān)，加速傳感器、電子羅盤和陀螺儀分別與控制器連接，加速傳感器、電子羅盤、陀螺儀將測(cè)得的船體側(cè)傾加速度、船體側(cè)傾角度的數(shù)據(jù)傳入控制器，控制器經(jīng)過算法預(yù)測(cè)判斷是否打開電子閥門I和電子閥門Π，水銀開關(guān)預(yù)設(shè)傾覆角度，達(dá)到傾覆角度時(shí)強(qiáng)制觸發(fā)電子閥門I和電子閥門Π ;當(dāng)船體將要側(cè)傾的時(shí)候，控制器打開電子閥門I和電子閥門Π，氣囊打開的順序?yàn)?主氣囊先打開，隨后輔助氣囊打開，修正船體，讓船體更穩(wěn)定，
避讓裝置包括攝像頭模塊、激光雷達(dá)和聲納，攝像頭模塊直接與地面接收站連接，激光雷達(dá)和聲納均與防傾覆模塊的控制器連接，激光雷達(dá)和聲納將數(shù)據(jù)傳給控制器，控制器通過算法判斷前方是否有障礙物以及避讓方式，控制器將激雷達(dá)和聲納的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及避讓方式傳給地面接收站供地面人員參考。
[0018]控制器將采用Stm32單片機(jī)或者arm單片機(jī)。
[0019]水銀開關(guān)的縱軸與船體的縱軸垂直。
[0020]加速度傳感器、電子羅盤和陀螺儀安裝在同一水平面上。
[0021]船翼位于船體中部吃水線以下處。
[0022]攝像頭安裝在船體最前端的底部。
[0023]船翼呈扁橢圓柱體形，且表面光滑，不會(huì)增加縱向的阻力，從而不會(huì)對(duì)船的速度有影響，但會(huì)增加船的橫向阻力，從而防傾覆。
[0024]避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船的避讓和防傾覆的方法，包括以下步驟:
第一步、啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出給攝像頭模塊、激光雷達(dá)和聲納，攝像頭模塊將視頻流傳輸給地面接收站，激光雷達(dá)和聲納將數(shù)據(jù)傳輸給控制器后通過避讓算法得出避讓建議并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸給地面接收站供地面人員參考；
第二步、發(fā)現(xiàn)障礙后，船體停止前進(jìn)，等待地面控制人員未發(fā)出控制指令，控制器的避讓方式預(yù)設(shè)為前方有障礙但不影響航行，則繼續(xù)前行，前方有障礙影響航行，則從側(cè)方通過，前方有障礙物且側(cè)方無(wú)法通過，則后退設(shè)定新的路線；
第三步、啟動(dòng)信號(hào)傳輸給加速度傳感器、電子羅盤、陀螺儀和水銀開關(guān)，系統(tǒng)啟動(dòng)，加速度傳感器、電子羅盤和陀螺儀將數(shù)據(jù)傳輸給控制器后通過防傾覆算法得出是否需要打開電子閥門I和電子閥門Π ;水銀開關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)控船體傾斜程度，當(dāng)超出預(yù)設(shè)角度的時(shí)候也強(qiáng)制打開電子閥門I和電子閥門Π，電子閥門I和電子閥門Π打開后，主氣囊先充氣，輔助氣囊隨后充氣。
[0025]主氣囊打開后0.6秒，輔助氣囊打開。
[0026]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，包括船體，其特征在于:船體上設(shè)有防傾覆裝置和避讓裝置;防傾覆裝置包括被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)和主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)， 被動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)包括分別安裝在船體兩側(cè)的船翼和貼設(shè)在船身周圍的緩沖墊； 主動(dòng)式防傾覆結(jié)構(gòu)包括防傾覆模塊、壓縮氣體罐、管道1、管道Π、電子閥門1、電子閥門Π、主氣囊和輔助氣囊，主氣囊有兩個(gè)，分別設(shè)置在船體的兩側(cè)，輔助氣囊有4個(gè)，分別對(duì)稱設(shè)置在船體的前端和后端，主氣囊通過管道I與壓縮氣體罐連接，管道I上設(shè)置電子閥門I，管道Π與管道I連接，管道Π上設(shè)置電子閥門Π， 防傾覆模塊包括控制器、加速傳感器、電子羅盤、陀螺儀和水銀開關(guān)，加速傳感器、電子羅盤和陀螺儀分別與控制器連接，加速傳感器、電子羅盤、陀螺儀將測(cè)得的船體側(cè)傾加速度、船體側(cè)傾角度的數(shù)據(jù)傳入控制器，控制器經(jīng)過算法預(yù)測(cè)判斷是否打開電子閥門I和電子閥門π，水銀開關(guān)預(yù)設(shè)傾覆角度，達(dá)到傾覆角度時(shí)強(qiáng)制觸發(fā)電子閥門I和電子閥門Π ; 避讓裝置包括攝像頭模塊、激光雷達(dá)和聲納，攝像頭模塊直接與地面接收站連接，激光雷達(dá)和聲納均與防傾覆模塊的控制器連接，激光雷達(dá)和聲納將數(shù)據(jù)傳給控制器，控制器通過算法判斷前方是否有障礙物以及避讓方式，控制器將激雷達(dá)和聲納的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及避讓方式傳給地面接收站供地面人員參考。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，其特征在于:控制器將采用s tm32單片機(jī)或者arm單片機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，其特征在于:水銀開關(guān)的縱軸與船體的縱軸垂直。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，其特征在于:加速度傳感器、電子羅盤和陀螺儀安裝在同一水平面上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，其特征在于:船翼位于船體中部吃水線以下處。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，其特征在于:攝像頭安裝在船體最前端的底部。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船，其特征在于:船翼呈扁橢圓柱體形，且表面光滑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船的避讓和防傾覆的方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步、啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出給攝像頭模塊、激光雷達(dá)和聲納，攝像頭模塊將視頻流傳輸給地面接收站，激光雷達(dá)和聲納將數(shù)據(jù)傳輸給控制器后通過避讓算法得出避讓建議并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸給地面接收站供地面人員參考； 第二步、發(fā)現(xiàn)障礙后，船體停止前進(jìn)，等待地面控制人員未發(fā)出控制指令，控制器的避讓方式預(yù)設(shè)為前方有障礙但不影響航行，則繼續(xù)前行，前方有障礙影響航行，則從側(cè)方通過，前方有障礙物且側(cè)方無(wú)法通過，則后退設(shè)定新的路線； 第三步、啟動(dòng)信號(hào)傳輸給加速度傳感器、電子羅盤、陀螺儀和水銀開關(guān)，系統(tǒng)啟動(dòng)，加速度傳感器、電子羅盤和陀螺儀將數(shù)據(jù)傳輸給控制器后通過防傾覆算法得出是否需要打開電子閥門I和電子閥門Π ;水銀開關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)控船體傾斜程度，當(dāng)超出預(yù)設(shè)角度的時(shí)候也強(qiáng)制打開電子閥門I和電子閥門Π，電子閥門I和電子閥門Π打開后，主氣囊先充氣，輔助氣囊隨后充氣。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避讓障礙且防傾覆的無(wú)人船的避讓和防傾覆的方法，其特征在于:主氣囊打開后0.6秒，輔助氣囊打開。
【文檔編號(hào)】B63B39/06GK106043617SQ201610551394
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】劉云平, 徐澤, 張永宏, 劉佳, 劉青山
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)