本發(fā)明涉及無人船操控，具體涉及一種面向過驅(qū)動(dòng)無人船的便攜式岸基操控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、無人船是一種可在水面上自主航行或執(zhí)行任務(wù)的智能化平臺(tái)。岸基操控系統(tǒng)是無人船系統(tǒng)的核心部分，通過無線通信的方式，對(duì)無人船進(jìn)行操縱與控制。然而，傳統(tǒng)的岸基操控系統(tǒng)設(shè)備繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成化程度不高，難以滿足便攜性要求，給操縱人員帶來不便。另一方面，現(xiàn)有的對(duì)無人船的操縱模式主要針對(duì)的是欠驅(qū)動(dòng)型無人船，包括遙控、定向、循跡等，難以滿足過驅(qū)動(dòng)無人船的運(yùn)動(dòng)及作業(yè)要求；同時(shí)，在無人船航行過程中，由于環(huán)境受限、設(shè)備故障等影響，可能會(huì)出現(xiàn)與岸基通信中斷、船舶失控等情況，影響船舶安全。為此，設(shè)計(jì)一種操縱便攜、功能齊全、安全可靠的過驅(qū)動(dòng)無人船便攜式岸基操控系統(tǒng)成為亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有岸基集成化程度不高、難以滿足過驅(qū)動(dòng)無人船的作業(yè)要求、受環(huán)境干擾和設(shè)備故障影響導(dǎo)致通訊中斷等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種面向過驅(qū)動(dòng)無人船的便攜式岸基操控系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)集成了通信模塊、通信診斷模塊、plc控制模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、參數(shù)調(diào)控模塊、模式控制模塊、操縱桿模塊、路徑規(guī)劃模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。通過模塊化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無人船與岸基之間的穩(wěn)定通信、狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)調(diào)控、模式切換、手動(dòng)操縱、路徑規(guī)劃以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種面向過驅(qū)動(dòng)無人船的便攜式岸基操控系統(tǒng)，包括

4、通信模塊，用于實(shí)現(xiàn)岸基與無人船的無線通信，傳遞無人船的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息及環(huán)境信息至岸基，并接收岸基的操縱指令；

5、通信診斷模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控并診斷岸基與無人船之間的通信連接狀態(tài)，并在通信斷開時(shí)自動(dòng)嘗試重新連接；

6、plc控制模塊，用于啟動(dòng)和關(guān)閉無人船的控制系統(tǒng)，并在通信長(zhǎng)時(shí)間無法連接或無人船故障時(shí)啟動(dòng)一鍵急停模式；

7、狀態(tài)監(jiān)控模塊，用于將無人船的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息及環(huán)境信息可視化顯示在軟件gui界面上；

8、參數(shù)調(diào)控模塊，用于實(shí)時(shí)調(diào)控?zé)o人船的運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù)、濾波器參數(shù)及控制力分配參數(shù)；

9、模式控制模塊，用于切換無人船的運(yùn)動(dòng)模式，包括聯(lián)合操縱桿模式、定位模式、自動(dòng)循跡模式及組合操縱/自動(dòng)模式；

10、操縱桿模塊，用于在聯(lián)合操縱桿模式下手動(dòng)操縱無人船的三自由度運(yùn)動(dòng)；

11、路徑規(guī)劃模塊，用于在定位模式和自動(dòng)循跡模式下設(shè)置無人船的期望位置、艏向及航行路徑，并在gui界面上可視化顯示；

12、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于將無人船的航行狀態(tài)信息存儲(chǔ)到服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)中。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述通信診斷模塊包括心跳檢測(cè)機(jī)制，用于周期性發(fā)送和接收心跳信號(hào)以檢測(cè)通信連接狀態(tài)，并在檢測(cè)到通信斷開時(shí)，自動(dòng)根據(jù)無人船端的ip地址和端口號(hào)嘗試重新建立連接。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述plc控制模塊可供操作人員在岸端啟動(dòng)無人船的傳感器、推進(jìn)器等的控制節(jié)點(diǎn)，并在無人船發(fā)生故障或岸基與無人船長(zhǎng)時(shí)間無法建立通信連接時(shí)，啟動(dòng)急停模式，立即關(guān)閉無人船的運(yùn)行，避免無人船發(fā)生碰撞、設(shè)備損壞等危險(xiǎn)。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息及環(huán)境信息包括無人船的位置、速度、艏向、推進(jìn)器狀態(tài)、功率消耗、風(fēng)速風(fēng)向信息。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述定位模式包括一鍵定位模式和遠(yuǎn)程定位模式，其中一鍵定位模式使無人船根據(jù)當(dāng)前位置和艏向進(jìn)行自主定位，遠(yuǎn)程定位模式使無人船自主前往gui界面地圖上設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)定位點(diǎn)依次完成定位。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述組合操縱/自動(dòng)模式允許操作人員選擇無人船的一個(gè)或兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度為自主控制，其余自由度通過操縱桿進(jìn)行手動(dòng)控制。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述三自由度運(yùn)動(dòng)包括縱搖、橫搖及轉(zhuǎn)艏。

19、本發(fā)明還提供一種操控系統(tǒng)對(duì)過驅(qū)動(dòng)無人船進(jìn)行操控的方法，包括以下步驟：

20、步驟a：通過通信模塊建立岸基與無人船的無線通信連接；

21、步驟b：使用通信診斷模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控通信連接狀態(tài)，并在通信斷開時(shí)自動(dòng)嘗試重新連接；

22、步驟c：通過plc控制模塊啟動(dòng)無人船的控制系統(tǒng)，并在需要時(shí)啟動(dòng)一鍵急停模式；

23、步驟d：利用狀態(tài)監(jiān)控模塊在gui界面上可視化顯示無人船的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息及環(huán)境信息；

24、步驟e：通過參數(shù)調(diào)控模塊實(shí)時(shí)調(diào)控?zé)o人船的運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù)、濾波器參數(shù)及控制力分配參數(shù)，以優(yōu)化控制性能；

25、步驟f：使用模式控制模塊切換無人船的運(yùn)動(dòng)模式，并執(zhí)行相應(yīng)模式下的控制邏輯；

26、步驟g：在聯(lián)合操縱桿模式下，通過操縱桿模塊手動(dòng)操縱無人船的三自由度運(yùn)動(dòng)；

27、步驟h：在定位模式和自動(dòng)循跡模式下，通過路徑規(guī)劃模塊設(shè)置無人船的期望位置、艏向及航行路徑，并在gui界面上可視化顯示；

28、步驟i：利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將無人船的航行狀態(tài)信息存儲(chǔ)到服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)中。

29、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括在檢測(cè)到通信長(zhǎng)時(shí)間無法恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切換至急停模式或聯(lián)合操縱桿模式的步驟，以提高無人船的航行安全性。

30、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟f中，切換至組合操縱/自動(dòng)模式時(shí)，操作人員可選擇一個(gè)或兩個(gè)自由度為自主控制，并為其設(shè)定期望的位置或速度，通過操縱桿模塊手動(dòng)操縱其他的自由度

31、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟h還包括在gui界面地圖上實(shí)時(shí)顯示無人船的實(shí)際位置與期望路徑之間的偏差信息，以輔助操作人員進(jìn)行航行監(jiān)控。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果有：

33、1.本發(fā)明將無人船岸基操控系統(tǒng)的軟硬件模塊化處理，各設(shè)備相對(duì)獨(dú)立、便于替換，軟硬件接口明確，通用性高。這種設(shè)計(jì)有助于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障率，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

34、2.無人船能夠?qū)崟r(shí)將自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息以及傳感器測(cè)得的環(huán)境狀態(tài)信息反饋到岸基，并通過可視化界面展示給操作人員，便于操作人員觀察無人船的運(yùn)行狀況，并及時(shí)對(duì)無人船的位置、速度、控制參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整。這種實(shí)時(shí)反饋機(jī)制有助于操作人員及時(shí)了解無人船的運(yùn)行狀況，從而做出準(zhǔn)確的判斷和決策。

35、3.通信診斷模塊能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)無人船與岸基的通信狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到通信發(fā)生中斷時(shí)，能夠?qū)⑼ㄐ艛嚅_的報(bào)警信息反饋到界面上，并自動(dòng)重新連接。這種能力顯著提高了系統(tǒng)的通信可靠性和穩(wěn)定性，減少了因通信中斷導(dǎo)致的操作中斷和潛在風(fēng)險(xiǎn)。如長(zhǎng)時(shí)間無法連接，操作人員還可以切換為急停模式或操縱桿模式，提高的船舶的航行安全性。

36、4.本發(fā)明是面向過驅(qū)動(dòng)無人船提供的岸基操控系統(tǒng)，提供了一鍵定位模式，即操作人員可按下一鍵定位按鈕，無人船將保持當(dāng)前的位置和艏向；此外還提供了遠(yuǎn)程定位模式，即操作人員可設(shè)置期望的定位點(diǎn)及艏向，無人船將在遠(yuǎn)程定位模式下自主前往定位點(diǎn)完成定位。這種模式為無人船的定位作業(yè)帶來便利。

37、5.本發(fā)明面向過驅(qū)動(dòng)無人船提供了多種運(yùn)動(dòng)控制模式(如聯(lián)合操縱桿模式、定位模式、自動(dòng)循跡模式、組合操縱/自動(dòng)模式等)，以滿足不同作業(yè)需求。特別是組合操縱/自動(dòng)模式，即操作人員可以選擇某些運(yùn)動(dòng)自由度為無人船自主運(yùn)動(dòng)，而其他的運(yùn)動(dòng)自由度由操縱桿操縱運(yùn)動(dòng)，這種模式為無人船的鋪纜、鋪管等作業(yè)帶來了極大的便利性和靈活性。