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专利号: 2020114173707
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种半潜式无人船智能避障方法,其特征在于,

步骤1,预先设定深度阈值,压力深度计提供半潜式无人船所处深度,确定半潜式无人船探测装置如何使用;

步骤2,当工作于水下1m及水面上时,通过超声波和机器视觉组成的避障系统进行避障,超声波传感器探测障碍物位置、速度信息,机器视觉提供障碍物面积、数量信息,两个模块配合,并将数据传输至传感模块进行数据综合处理;

当工作于水下1m至20m时,利用机器视觉和声纳探测仪组成的避障系统进行避障,通过声纳探测仪测量障碍物位置、速度、加速度信息,摄像机拍摄障碍物,图像处理器将此转化为数字信息,并抽取障碍物面积、数量、长度信息;

当半潜式无人船工作于深水区超过20m时,仅使用声纳避障系统,此时水域采光较弱,机器视觉采取图像模糊容易造成误差;

步骤3,传感模块对数据进行综合优化处理,并传输给控制算法模块,控制算法模块根据此信息控制半潜式无人船航速与障碍物保持安全距离;

步骤4,控制算法模块以迂回式路径为主要避障路径,上升或下沉为辅助路径,以规划避障路径,从而实现半潜式无人船避障,所述的迂回式路径的规划包括以下步骤:步骤410,通过半潜式无人船所搭载的定位装置定位半潜式无人船当前位置坐标,通过多普勒计程仪确定当前航速及航向,通过机器视觉、声纳探测仪、超声波传感器协同工作确定障碍物最大半径、速度以及中心点,以半潜式无人船至障碍物的连线为X轴建立直角坐标系,以障碍物中心点为圆心,最大半径r做圆,此面积为第一危险区域;

步骤420,将无人船与障碍物最边缘连线内的区域作为第二危险区域;

步骤430,并以障碍物最大半径作为椭圆短轴,无人船至障碍物的直线距离作为椭圆长轴,以此规划的椭圆曲线为半潜式无人船的迂回式路径;

步骤440,根据获取的无人船所在环境的危险区域,确定无人船航速,规定最小转弯半径大于障碍物半径提高安全距离;

实现上述方法的系统包括:机器视觉、声纳探测仪、压力深度计、超声波传感器以及多普勒计程仪;机器视觉、声纳探测仪、超声波传感器和多普勒计程仪将信号传输给传感模块,传感模块对接收到的数据优化处理并传输给控制算法模块;控制算法模块接收传感模块及压力深度计的信息并对其进行处理,控制算法模块控制机器视觉、声纳探测仪、超声波传感器和动力系统工作;所述机器视觉由摄像头、照明设备以及图像处理器构成,所述超声波传感器、声纳探测仪用于获取障碍物位置和速度信息,机器视觉、声纳探测仪和超声波传感器相互配合使用;所述压力深度计用于探测半潜式无人船所处深度;所述多普勒计程仪用于检测水流速度、流向以及半潜式无人船在航行时的速度。

2.根据权利要求1所述的一种半潜式无人船智能避障方法,其特征在于,所述声纳探测仪,还用于半潜式无人船上浮或下沉时的路径规划,具体包括以下步骤:步骤401,利用声呐探测仪探测无人船上方和下方是否有障碍物,声纳探测仪实时检测与障碍物的距离;

步骤402,通过多普勒计程仪检测水流速度及流向;

步骤403,控制算法模块将声呐探测仪探测到的距离信息与水流速度及流向信息进行整合处理;

步骤404,通过多普勒计程仪提供的水流信息控制半潜式无人船航速与水流流速相同,航向与水流流向相反,根据力的合成在水平方向抵消半潜式无人船的运动,以实现垂直上浮或下潜;

步骤405,上浮或下潜时回步骤401。

3.根据权利要求1所述的一种半潜式无人船智能避障方法,其特征在于,所述步骤2中还包括机器视觉、声纳探测仪和超声波传感器的切换,采用如下步骤控制:步骤21,对建模数据中的原始变量与目标变量进行规定,目标变量超声波避障A1、机器视觉A2、声纳避障A3,初始化分割点作为优化算法的基础,进入下一步的组合优化算法中;

步骤22,设置组合优化算法中的约束条件,包括切换避障模块的阈值以及阈值设置范围;

步骤23,计算满足设定阈值及满足约束条件的目标变量;

步骤24,利用组合思想从A1、A2以及A3三个目标变量中,寻找最优组合模块。