一种保持无人船姿态稳定的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种保持无人船姿态稳定的控制系统。包括控制器模块、姿态监测装置、GPS定位模块、动力装置、喷水减摇装置、数据传输模块、地面处理模块。本发明一种保持无人船姿态稳定的控制系统具有以下优点：1、减摇装置能够帮助维持船体在水上以稳定的状态进行探测实验。2、采用喷水的方式进行减摇，比较适合小型船只。3、侧翼电动装置有效的使得船体能够维持在固定的位置，使得船只能进行固定的测量。4、上位机软件能实时表示船体的位置。
【专利说明】
一种保持无人船姿态稳定的控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及无人船控制技术，主要是一种保持无人船姿态稳定的控制系统。【背景技术】
[0002]随着科技不断进步，越来越多的无人船降低了水域监测系统的工作成本，扩大水域监测系统的工作范围，提高水域监测系统的工作性能，实现了对大区域水域的低成本、高效率、智能化的可靠监测。但是在这其中还有一系列的问题，在探测的时候我们往往因为遇到复杂水域情况，人工无法完成探测任务的时候，需要派出无人船进行探测。但当无人船在复杂水域航行很容易会遇到倾覆的情况。在需要对某一个污染源，某一个固定探测点进行探测的时候，因为水面的波动，无人船很难固定在需要探测的那个区域，难以达成最有效的探测。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，发明提出一种能够更好的帮助无人船保持在水上的姿态，使得无人船在遇到复杂水域情况时，更加能够保持姿态不会倾覆，能够固定维持在某一地点， 完成较长时间的探测。
[0004]为了实现上述技术目的，本发明的具体技术方案是:一种保持无人船姿态稳定的控制系统，包括控制器模块、姿态监测装置、GPS定位模块、 动力装置、喷水减摇装置、数据传输模块、远程上位机模块，其中，所述姿态监测装置用于实时检测船体的姿态，并通过数据传输模块将检测数据传输到控制器模块；所述控制器模块接收到姿态监测装置检测的数据后判断是否进行姿态控制，若需要进行姿态控制，则发出指令启动所述所述喷水减摇装置，所述喷水减摇装置进行喷水减摇;若不需要进行姿态控制，则不发出指令，喷水减摇装置不动作；所述动力装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置用于对船体进行推进;所述第二驱动装置用于对船体位置进行微调；所述GPS定位模块用于对船体的位置进行定位，并将船体的位置信息发送给控制器模块，控制器模块判断船体是否脱离指定位置，若脱离，则发出指令启动所述第二驱动装置， 第二驱动装置调整船体到达指定位置；所述远程上位机模块与控制器模块控制连接。
[0005]所述第一驱动装置包括安装在船尾处的第一电机以及连接在第一电机动力输出轴上的推进螺旋桨;所述第二驱动装置包括安装在船体侧下方部位的舵机、第二电机及连接在第二电机动力输出轴上的小型螺旋桨，所述控制器模块控制舵机，使得第二电机朝右旋转，第二电机工作带动小型螺旋桨旋转。
[0006]所述喷水减摇装置包括:对称设置在船体两侧的第一储水箱、第二储水箱，分别向所述第一储水箱和第二储水箱的上部空间输送压缩空气的第一压缩空气供给机构、第二压缩空气供给机构;第一储水箱和第二储水箱分别通过送水管连接有若干喷嘴，以及设置在所述送水管的中途的开闭阀;所述控制器模块控制所述压缩空气供给机构对压缩空气的输送以使所述第一储水箱和第二储水箱内的上部空间的空气压力维持在规定压力的状态下， 通过所述开闭阀的开闭来控制来自若干所述喷嘴的水的喷出及其停止。
[0007]所述姿态监测装置包括设置在船体内部的至少一个陀螺仪。
[0008]所述控制器模块为STM32控制器。[〇〇〇9]还包括显示模块，所述显示模块与远程上位机模块连接，用于实时显示船体的位置及工作状态。
[0010]本发明的有益效果是:1.减摇装置能够帮助维持船体在水上以稳定的状态进行探测实验。
[0011]2.采用喷水的方式进行减摇，比较适合小型船只。
[0012]3侧翼电动装置有效的使得船体能够维持在固定的位置，使得船只能进行固定的测量。
[0013]4.远程上位机模块软件能实时表示船体的位置。【附图说明】[0〇14]图1是系统不意图。
[0015]图2是船体结构图。[0〇16]图3是船体倾斜受力示意图；图4是船体姿态调整流程图。
[0017]图5船体位置调整流程图。
[0018]其中，1为控制器模块，2为第一储水箱，3是与第一储水箱相连的喷嘴，4为第二驱动装置，5为数据通讯装置，6为GPS定位装置，7为姿态监测装置。【具体实施方式】
[0019]为了使发明的目的、技术方案以及优点更清楚明白，一下结合附图及发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]如图1所示，该图为系统示意图，此处为在无人船上的系统，STM32控制器模块与姿态监测装置、GPS定位模块、动力装置、喷水减摇装置、数据传输模块相连接。对船体姿态位置进行判断，根据事先设定的阈值，决定是否发出指令让喷水减摇装置或动力装置进行动作。
[0021]如图2所示，该图为船体结构图。所述喷水减摇装置包括:对称设置在船体两侧的第一储水箱、第二储水箱，分别向所述第一储水箱和第二储水箱的上部空间输送压缩空气的第一压缩空气供给机构、第二压缩空气供给机构;第一储水箱和第二储水箱分别通过送水管连接有喷嘴，以及设置在所述送水管的中途的开闭阀；所述控制器模块控制所述压缩空气供给机构对压缩空气的输送以使所述第一储水箱和第二储水箱内的上部空间的空气压力维持在规定压力的状态下，通过所述开闭阀的开闭来控制来自所述喷嘴的水的喷出及其停止。
[0022]当船体向右有一定的倾斜之后，控制器模块发出指令，船体一侧喷嘴将会喷出一定量的水，使得船体保持稳定。
[0023]如图3所示，喷水减摇装置能有效缓解横向的摇摆，减少船体倾覆的可能。当船体在驶入湍急的水流中，或者遭遇较大的横向风力时，船体将会向一侧倾斜，在这个时候容易造成船体的倾覆。陀螺仪位于船体中部，测量船体倾斜角度，倾斜角度超过一定时，控制器模块判断进行操作。遭受较大来自右侧方向力F时，船体向左倾斜时，左侧喷水减摇装置开始喷水给船体一个力f，当船体倾斜角恢复到正常状态时，喷嘴停止喷水。根据较大的外力， 喷嘴可以调整喷水量以及喷水的时间长度。如图，船体在受到右侧力F时，船体沿着水平面Y 轴翻转，姿态监测装置监测9角，当角度大于阈值，启动喷水减摇装置当喷水减摇装置给力 f时，f■抵消一部分F的力，减小船倾覆的可能性。[〇〇24]第二驱动装置包括三个部分，舵机，布置在船体侧翼的第二电动机，以及连接第二电极动力输出轴上的小型螺旋桨。船体发生向右方向的水平位置偏移之后，控制器模块控制舵机，使得第二电机朝右旋转，第二电机工作带动小型螺旋桨旋转，当船体位置回到指定位置之后，第二电机停止旋转。
[0025]GPS定位装置位于船体尾部，数据传输装置位于船体尾部。姿态监测装置位于船体中部实时监测船体的实时姿态。
[0026]如图4所示，船体姿态调整流程图，姿态监测装置实时监测船体倾斜角度，当角度大于设定的阈值时，STM32控制器模块进行操作发出指定使得哪一侧的喷嘴进行喷水，完成姿态的调整，当姿态回到正常角度时，停止动作。
[0027]如图5所示，船体位置调整流程图，当远程上位机模块发出指令，需要无人船在水面上处于某一固定位置进行探测。STM32控制器模块器接收到指令，使得GPS定位装置实时监测船体的经炜度，当处在指定位置时，第二驱动装置不动作，当因为水流，风力使得船体偏移时，第二驱动装置开始动作，当回到指定位置后，停止工作。
【主权项】
1.一种保持无人船姿态稳定的控制系统，其特征在于，包括控制器模块、姿态监测装 置、GPS定位模块、动力装置、喷水减摇装置、数据传输模块、远程上位机模块，其中，所述姿态监测装置用于实时检测船体的姿态，并通过数据传输模块将检测数据传输到 控制器模块；所述控制器模块接收到姿态监测装置检测的数据后判断是否进行姿态控制，若需要进 行姿态控制，则发出指令启动所述所述喷水减摇装置，所述喷水减摇装置进行喷水减摇;若 不需要进行姿态控制，则不发出指令，喷水减摇装置不动作；所述动力装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置用于对船体进行 推进;所述第二驱动装置用于对船体位置进行微调；所述GPS定位模块用于对船体的位置进行定位，并将船体的位置信息发送给控制器模 块，控制器模块判断船体是否脱离指定位置，若脱离，则发出指令启动所述第二驱动装置， 第二驱动装置调整船体到达指定位置；所述远程上位机模块与控制器模块控制连接。2.根据权利要求1所述的保持无人船姿态稳定的控制系统，其特征在于，所述第一驱动 装置包括安装在船尾处的第一电机以及连接在第一电机动力输出轴上的推进螺旋桨;所述 第二驱动装置包括安装在船体侧下方部位的舵机、第二电机及连接在第二电机动力输出轴 上的小型螺旋桨，所述控制器模块控制舵机，使得第二电机朝右旋转，第二电机工作带动小 型螺旋桨旋转。3.根据权利要求1所述的保持无人船姿态稳定的控制系统，其特征在于，所述喷水减摇 装置包括:对称设置在船体两侧的第一储水箱、第二储水箱，分别向所述第一储水箱和第二 储水箱的上部空间输送压缩空气的第一压缩空气供给机构、第二压缩空气供给机构;第一 储水箱和第二储水箱分别通过送水管连接有若干喷嘴，以及设置在所述送水管的中途的开 闭阀;所述控制器模块控制所述压缩空气供给机构对压缩空气的输送以使所述第一储水箱 和第二储水箱内的上部空间的空气压力维持在规定压力的状态下，通过所述开闭阀的开闭 来控制来自若干所述喷嘴的水的喷出及其停止。4.根据权利要求1所述的保持无人船姿态稳定的控制系统，其特征在于，所述姿态监测 装置包括设置在船体内部的至少一个陀螺仪。5.根据权利要求1所述的保持无人船姿态稳定的控制系统，其特征在于，所述控制器模 块为STM32控制器。6.根据权利要求1所述的保持无人船姿态稳定的控制系统，其特征在于，还包括显示模 块，所述显示模块与远程上位机模块连接，用于实时显示船体的位置及工作状态。
【文档编号】G05D1/08GK106094852SQ201610490585
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】刘佳, 蒋星宇, 刘云平, 代分分, 刘晓坎
【申请人】南京信息工程大学