本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于激光傳感器和前視聲納的無人艇組合避障裝置和方法。它包括：無人艇、避障控制主板、GPS、激光傳感器、前視多波束聲納，主控計算機和連接電纜。避障控制主板安裝于無人艇內(nèi)部，分別與激光傳感器和GPS相連，通過電纜與中心計算機相連，GPS天線安裝于無人艇甲板最高處，激光傳感器安裝在無人艇甲板前方，前視多波束聲納固定安裝于艇底前方，用于檢測水下障礙物信息,避障控制主板用于根據(jù)GPS數(shù)據(jù)、激光數(shù)據(jù)和前視多波束聲納數(shù)據(jù)確定障礙物的位置以及形狀，并計算相應(yīng)的可通行區(qū)域，將其傳送給主控計算機，主控計算機控制無人艇完成避障，為無人艇在海洋、湖泊及河流中的作業(yè)提供可靠保證。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉一種，屬于無人艇避障控制領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
無人艇是實現(xiàn)近海環(huán)境實時監(jiān)測、資源探測、海洋災(zāi)害預(yù)警和防治等的重要工具，它具有模塊化、無人駕駛以及高速智能等優(yōu)勢。為了保證航行安全，無人艇須具有對周圍環(huán)境做出快速檢測、分析和反應(yīng)的能力，并以此為基礎(chǔ)，運用避障控制方法，實現(xiàn)躲避已知或突然出現(xiàn)的障礙物。 目前無人艇大多采用單獨使用激光傳感器的方式進行避障，這種方法只能對水面障礙物有效，不能兼顧水下障礙物。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種，實現(xiàn)水面水下立體避障。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)基本思路是利用激光傳感器獲得無人艇前方一定范圍內(nèi)水面障礙物信息，前視多波束聲納獲得無人艇前方一定范圍內(nèi)水下障礙物信息的特點，本方法通過兩種傳感器柵格數(shù)據(jù)投影的方法計算無人艇前方障礙物信息，并根據(jù)一定的控制策略完成無人艇的組合避障。根據(jù)上述專利技術(shù)構(gòu)思，本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案 一種基于激光傳感器和前視聲納的無人艇組合避障裝置，包括無人艇、避障控制主板、GPS、激光傳感器、前視多波束聲納，主控計算機，所述避障控制主板安裝于所述無人艇內(nèi)部，分別與所述激光傳感器、GPS相連，并通過電纜與主控計算機相連；所述激光傳感器通過支架安裝在無人艇甲板前方，優(yōu)選在甲板前方正中線上；所述GPS傳感器安裝于無人艇甲板高處，優(yōu)選在最高處的正中線上；所述前視多波束聲納固定安裝于艇底前方，并與水線成一定傾斜角。本專利技術(shù)避障策略具體過程如下 I)用柵格數(shù)組描述激光傳感器探測信息及前視多波束聲納探測信息，分別為第一柵格數(shù)組和第二柵格數(shù)組，將第一柵格數(shù)組和第二柵格數(shù)組投影到組合第三柵格數(shù)組；2設(shè)定當(dāng)前障礙物距無人艇最小距離為r，最小可通行半徑為4，最小安全距離I ,緊急臂章區(qū)最大半徑r2，精確規(guī)劃區(qū)最大半徑r3，緊急避障區(qū)范圍為『Sr2，精確規(guī)劃區(qū)為r2，直接趨向區(qū)為<r，當(dāng)相鄰兩障礙物中間距離大于24，視此區(qū)域為可通行區(qū)域，與當(dāng)前無人艇最近的可通行區(qū)域為最近可通行區(qū)域；3)如果組合第三柵格數(shù)組沒有障礙物，則沿主航線航行。若上一節(jié)組合第三柵格數(shù)組中含有障礙物信息，并且當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)是航渡任務(wù)，則以當(dāng)前位置為起點、航渡目標(biāo)點為終點重新規(guī)劃一條新的航線； 4)如果組 合第三柵格數(shù)組中有障礙物，但是不阻礙主航線，即主航線在可通行區(qū)域內(nèi)，則沿主航線直線航行； 5)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，阻礙主航線，且位于緊急避障區(qū)，無人艇緊急停止，若此時距離障礙物距離小于最小安全距離，則實現(xiàn)倒車，直到大于或保持最小安全距離,當(dāng)大于最小安全距離I,尋找最近可通行區(qū)域，然后轉(zhuǎn)入步驟7)； 6)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，阻礙主航線，且位于精確規(guī)劃區(qū)內(nèi)，則尋找最近可通行區(qū)域； 7)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，阻礙障礙物，且位于直接趨向區(qū)，則無人艇繼續(xù)沿主航線航行，直至進入精確規(guī)劃區(qū)； 8)尋找到最近可執(zhí)行區(qū)域后，以可執(zhí)行區(qū)域中距離無人艇最近點為目標(biāo)點，以當(dāng)前無人艇位置為初始點，重新設(shè)定航線進入航渡過程；直至航線中無障礙物信息，以當(dāng)前位置為起點，航渡目標(biāo)點為終點重新規(guī)劃路徑。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出特點和顯著進步本專利技術(shù)采用安裝在無人艇甲板前方的激光傳感器獲得水面障礙物信息，通過數(shù)據(jù)處理，進而得到障礙物與激光傳感器之間的關(guān)系，所探測的障礙物信息用第一柵格數(shù)組表述；所述GPS傳感器安裝于無人艇甲板高處，用于探測無人艇當(dāng)前的位置信息；所述前視多波束聲納固定安裝于艇底前方，并與水線成一定傾斜角，防止船速過快時露出水面，用于探測水下障礙物信息，所探測的障礙物信息用第二柵格數(shù)組表述，通過柵格投影技術(shù)進行計算獲得組合障礙物信息，同時實現(xiàn)水下水面立體避障。本專利技術(shù)的避障控制系統(tǒng)可廣泛適用于各種無人艇的避障控制。附圖說明圖I是本專利技術(shù)無人艇避障裝置平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)的控制系統(tǒng)原理圖。圖3是本專利技術(shù)無人艇障礙物柵格投影圖。圖4是本專利技術(shù)無人艇避障區(qū)域劃分圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)進一步說明。本專利技術(shù)的一個優(yōu)選實施例如下 在圖I與圖2中，無人艇I內(nèi)部安裝有避障控制主板2，避障控制主板2分別與GPS3、激光傳感器4及前視多波束聲納5相連，避障控制主板2通過電纜7與主控計算機6相連，實現(xiàn)無人艇障礙物數(shù)據(jù)的讀取、中心數(shù)據(jù)交互功能以及系統(tǒng)供電，避障控制主板2根據(jù)激光傳感器4和前視多波束聲納5探測數(shù)據(jù)進行障礙物信息提取。在圖I與圖3中，激光傳感器4通過支架安裝在無人艇I甲板前方正中線上，用于探測水面障礙物信息，通過數(shù)據(jù)處理，進而得到障礙物與激光傳感器之間的關(guān)系，用第一柵格數(shù)組描述；GPS3安裝于無人艇甲板最高處正中線上，用于檢測無人艇當(dāng)前的位置信息；前視多波束聲納5固定安裝于無人艇I底部前方，并與水線成一定傾斜角，防止船速快時露出水面，用于檢測水下障礙物信息用第二柵格數(shù)組描述。在圖3中，用柵格數(shù)組描述前視多波束聲納5探測信息及激光傳感器4探測信息，分別為第一柵格數(shù)組和第二柵格數(shù)組，將第一柵格數(shù)組和第二柵格數(shù)組投影到組合第三柵格數(shù)組。在圖4中，避障控制主板2根據(jù)第三柵格數(shù)組進行障礙物提取，進而獲得無人艇I障礙物信息，根據(jù)障礙物距離無人艇I的距離劃定緊急避障層、緊急規(guī)劃層和直接趨向?qū)樱⒎治隹赏ㄐ袇^(qū)域，主控計算機6根據(jù)障礙物信息完成無人艇I避障，為無人艇I在海洋、湖泊及河流中的作業(yè)提供可靠保證。本專利技術(shù)實例的避障策略具體過程如下 1)用柵格數(shù)組描述激光傳感器4探測信息及前視多波束聲納5探測信息，分別為第一柵格數(shù)組和第二柵格數(shù)組，將第一柵格數(shù)組和第二柵格數(shù)組投影到組合第三柵格數(shù)組； 2)設(shè)定當(dāng)前障礙物距無人艇I最小距離為，最小可通行半徑為4，最小安全距離，緊急避障區(qū)范圍為r ，精確規(guī)劃區(qū)為『2，直接趨向區(qū)為6<『，當(dāng)相鄰兩障礙物中間距離大于24 ,視此區(qū)域為可通行區(qū)域，與當(dāng)前無人艇I最近的可通行區(qū)域為最近可通行區(qū)域； 3)如果組合第三柵格數(shù)組沒有障礙物，則沿主航線航行。若上一節(jié)組合第三柵格數(shù)組中含有障礙物信息，并且當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)是航渡任務(wù)，則以當(dāng)前位置為起點、航渡目標(biāo)點為終點重新規(guī)劃一條新的航線； 4)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，但是不阻礙主航線，即主航線在可通行區(qū)域內(nèi)，則沿主航線直線航行； 5)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，阻礙主航線，且位于緊急避障區(qū)，無人艇(I)緊急停止，若此時距離障礙物距離小于最小安全距離，則實現(xiàn)倒車，直到大于或保持最小安全距離^當(dāng)大于最小安全距離■!，尋找最近可通行區(qū)域，然后轉(zhuǎn)入步驟7)； 6)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，阻礙主航線，且位于精確規(guī)劃區(qū)內(nèi)，則尋找最近可通行區(qū)域； 7)如果組合第三柵格數(shù)組中有障礙物，阻礙障礙物，且位于直接趨向區(qū)，則無人艇(I)繼續(xù)沿主航線航行，直至進入精確規(guī)劃區(qū)； 8)尋找到最近可執(zhí)行區(qū)域后，以可執(zhí)行區(qū)域中距離無人艇I最近點為目標(biāo)點，以當(dāng)前無人艇I位置為初始點，重新設(shè)定航線進入航渡過程；直至航線中無障礙物信息，以當(dāng)前位置為起點，航渡目標(biāo)點為終點重新規(guī)劃路徑。以上通過一個具體實施方式對本專利技術(shù)進行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本專利技術(shù)的限制。在不脫離本專利技術(shù)原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本專利技術(shù)的保護范圍。權(quán)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于激光傳感器和前視聲納的無人艇組合避障裝置,?包括：無人艇（1）、避障控制主板（2）、GPS（3）、激光傳感器（4）、前視多波束聲納（5），主控計算機（6），其特征在于：所述避障控制主板（2）安裝于所述無人艇（1）內(nèi)部，分別與所述激光傳感器（4）、GPS（3）相連，并通過電纜與主控計算機（6）相連；所述激光傳感器（4）通過支架安裝在無人艇（1）甲板前方；所述GPS（3）安裝于無人艇甲板最高處；所述前視多波束聲納（5）固定安裝于無人艇（1）底部前方，并與水線成一定傾斜角。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭艷，唐智杰，劉梅，謝少榮，羅均，
申請(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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