议为Modbus协议，通过 Modbus协议，在ARM主控制板1内写入需要主驱动电机2实现的转速值、加速度值，并从电 机驱动器2中读取主驱动电机2的转速值、加速度值、电机内部温度值，从而完成对两个主 驱动电机2的控制。附带说明，编码器8、电机温度传感器10是通过电机驱动器7和ARM主 控制板1连接，电机驱动器7内有编码器8和电机温度传感器10的解析程序，ARM主控制 板1可以在电机驱动器7内读取主驱动电机2的转速值、加速度值、电机内部温度值，而所 述扭矩传感器9和油液温度传感器11则通过A/D转换接口和ARM主控制板1连接；
[0054] 所述GPS 5采用UART串行口和ARM主控制板1连接，GPS 5会实时发送地理位置数 据给ARM主控制板1，GPS数据格式为信息类型，X，X，X，X，X，X，X，X，X，X，X，X，X，信息类 型可以为，GPGSV :可见卫星信息，GPGLL :地理定位信息，GPRMC :推荐最小定位信息，GPVTG : 地面速度信息，GPGGA :GPS定位信息，GPGSA :当前卫星信息，ARM主控制板1解析GPS 5发 送来的字符串，提取有用的信息，包括船体航向、速度以及具体方位信息，传回上位机4 ;
[0055] 所述电子罗盘6采用IIC接口和ARM主控制板1连接，电子罗盘6会发送无人船 的航行角度数据给ARM主控制板1，ARM主控制板1解析电子罗盘6的航行角度数据，结合 GPS 5的地理位置数据，可以得到船体航向、速度以及具体方位信息，并传回上位机4,电子 罗盘6的船体航向信息比GPS 5更准确；
[0056] 如图3所示，所述摆线推进器20的监测控制系统还包括设在上位机4内的上位机 控制软件，所述上位机控制软件包括收发数据解析程序、基于推进器数学模型程序、路径规 划程序、实时监控程序、以及预警程序，所述ARM主控制板1内设有与上位机控制软件对应 的ARM主控制板转换程序；
[0057] 收发数据解析程序，接收ARM主控制板1通过无线通信模块3发过来的数据包，并 解析数据包，然后把相应的不同参数赋给不同的变量，收发数据解析程序也可以发送上位 机4对摆线推进器控制的相关参数，并将这些参数打包，通过无线通信模块3发送给ARM主 控制板1 ;
[0058] 基于推进器数学模型程序，根据摆线推进器20中舵机21的转动角度以及主驱动 电机2的转速和转动方向对于无人船的航向和航速的数学模型编写而成，用户在其中输入 无人船的航向和航速，基于推进器数学模型程序就能自动计算出最优的两个舵机21的转 动角度和两个主驱动电机2的转速；
[0059] 如图4所示，两个摆线推进器20的数学模型如下：
[0060] -舵机21的转动角度：
[0062] 另一舵机21的转动角度：
[0064] 其中X。，y。表示偏心点坐标，r为舵机转动半径，L为偏心点和舵机圆周切点连线 的距离，θρ θ2为对应两个舵机的转动角度，图中ApBjlj偏心点0。的距离都等于L是因 为两个舵机的从动杆的长度相等；
[0065] 路径规划程序，路径规划采用蚁群算法，在用户确定目的地后，路径规划程序能够 对水域上的障碍进行识别，避开水域的障碍物，根据地理信息自动规划并计算出合适的路 径，经基于蚁群算法的数学模型换算后，得到无人船合适的航向和航速，从而让船舶自动到 达目的地；所述上位机4通过对接收到的GPS5和电子罗盘6的位置和航向数据进行解析， 实时监控无人船的位置和航向，并与路径规划程序规划好的路径的位置和航向相比较，将 比较结果转化为舵机21和主驱动电机2的控制代码，通过无线通信模块发送给无人船的 ARM主控制板1，ARM主控制板1通过发送不同占空比的PWM信号给舵机21以控制舵机21 的转动角度，并通过和电机驱动器7之间的Modbus协议控制主驱动电机2的转速和加速 度，从而实时修正船舶运行路线，让船舶按照路径规划程序规划好的路径行走；
[0066] 实时监控程序，接收ARM主控制板1传递来的相关参数，实时在上位机4中显示这 些相关参数，并根据要求对无人船的航向和航速进行相关控制；
[0067] 预警程序，当上位机4监测到所接收的电机温度传感器10或者油液温度传感器11 的值超过设定的临界值时，上位机控制软件会发出预警通知用户，并自动降低主驱动电机 2的转速，以及，当上位机4监测到所接收的扭矩传感器9的值超过设定的临界值时，上位 机控制软件会发出预警通知用户，并自动降低主驱动电机2的转速或者使主驱动电机2停 转；
[0068] ARM主控制板转换程序，作为上位机4以及与ARM主控制板1连接的各个部件（如 各个传感器、电机驱动器等）的桥梁，转换上位机4发送过来的信号成各个部件能够识别的 信号，让上位机4间接控制各个部件；
[0069] 除通过上位机4实时监控无人船的运行之外，所述ARM主控制板1带有触摸屏，不 通过上位机4,用户可以直接通过触摸屏在船上实时地监控无人船的运行；
[0070] 图5为监测控制系统的ARM主控制板的流程图，系统上电以后，ARM主控制板1先 初始化各种环境变量，然后ARM主控制板1控制等待用户选择模式，模式有远程控制模式和 本地控制模式两种，当触摸屏有信号输入时，代表用户在无人船上实时控制无人船，此时为 本地控制模式，当无线通信模块端有信号输入时，代表用户通过上位机远程控制无人船，此 时为远程控制模式。当用户远程控制无人船时，ARM主控制板1等待接收到完整的控制数 据后，ARM主控制板1执行该控制数据，控制舵机21的转动角度和主驱动电机2的转速，然 后开始循环读取GPS 5和电子罗盘6的位置和航向数据、油液温度传感器11数据、电机温 度传感器10数据、力矩传感器9数据并发送到上位机4 ;当上位机4发送数据给ARM主控 制板1时，ARM主控制板1立即触发中断，来执行上位机4发送的数据，完毕后继续执行循 环段，当用户在无人船上实时监控无人船时，ARM主控制板1监测到触摸屏输入的中断后， 会立即触发中断，执行触摸屏上传来的数据。
[0071] 图6为两个摆线推进器的偏心点26以及主驱动电机2的转向与无人船前进方向 的关系图。图6中（a)至（f)分别代表停止不动、后退、向右上方航行、向左航行、前进、向 右航行。对于单个摆线推进器20来说：主驱动电机2转速不变的情况下，偏心距越大推力 越大，摆线推进器20的推力方向和偏心矢量方向垂直。只要改变两摆线推进器的偏心点26 位置，就能实现无人船的前进、后退、侧移、停止、变速、以及原地打转。
[0072] 当偏心角度、主驱动电机2转速不变的情况下，偏心距越大，摆线推进器20的推力 越大，前进速度越大。当偏心点26不变的情况下，主驱动电机2转速越大，推力越大，偏心 角度只影响着无人船的航向。根据两个摆线推进器20产生的推力和水对摆线推进器20的 阻力的影响，就可以大致算出两个摆线推进器20的前进速度。
[0073] 以图6 (b)为例，说明两个摆线推进器20的偏心点26以及主驱动电机2的转向与 无人船前进方向的关系，详见图7,图中示出了两个摆线推进器20各自的偏心点26,以及在 各个摆线推进器20的转盘25转动作用下，各个偏心点26处的速度矢量方向，偏心点26处 的速度矢量方向即摆线推进器20的推力方向，两个摆线推进器20的推力合力作用，产生了 无人船的前进方向，无人船的前进方向和两个摆线推进器20的推力合力方向相反，图7中， 两个摆线推进器20的推力方向均向左，由此而产生的无人船的前进方向为向右。
[0074] 图8为上位机的监控界面示意图。上位机4接收到ARM主控制板1传回的数据， 包括舵机21的转动角度、主驱动电机2的转速和加速度、以及油液温度传感器11、电机温度 传感器10和扭矩传感器9的测量数据、以及GPS 5和电子罗盘6的位置和航向数据，并对 这些进行解析，然后将这些执行器和传感器的数据在界面上实时地显示出来。
[0075] 如图9、图10所示，包括上述监测控制系统的无人船，包括船舶本体，船舶本体由 两个摆线推进器20推动运动，所述船舶本体上装有用于实时监控无人船的位置和航向的 GPS 5和电子罗盘6,所述两个摆线推进器20由上述的监测控制系统监控，所述GPS 5采用 UART串行口和ARM主控制板1连接，电子罗盘6采用IIC接口和ARM主控制板1连接。所 述两个摆线推进器20关于船舶本体的纵向中线对称安装于船舶本体的中后部，所述电池 12设置于船舶本体的纵向中线的中前部，所述ARM主控制板、GPS和电子罗盘的位置16位 于船舶本体的纵向中线的中后部。
[0076] 所述船舶本体的中前部固定有用于增大船体流线性的船鳍13,船鳍13沿船舶本 体纵向中线设置，船鳍13的前端安装有由船头电机14带动旋转以利于船体转弯的转动圆 杆15 ;当船舶要转弯的时候，船头电机14带动转动圆杆15旋转，利用马格纳斯效应，结合 船鳍13的作用，转向力大大的增大，让船舶转弯性能更好。
[0077] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.摆线推进器的监测控制系统，一艘无人船包括两个摆线推进器，每个摆线推进器由 两个舵机控制其偏心点，各个摆线推进器的转盘在偏心点处的速度方向为该摆