带有自主避障功能的无人船控制系统研究
发布时间：2021-06-27 13:11
随着我国对海洋的探索,水上无人船得到了越来越多的关注。无人船不仅仅应用于军事勘测,在水上营救、垃圾清理和节日表演等方面发挥着自己的作用。然而市面上的水面无人船在避障方面,由于水面上的复杂情况,水面区域不方便操作人员进入,无人船在水域会遇到障碍往往不能及时躲避。针对这个问题和操作者的需求,本文以小型无人船为研究对象,设计开发了一个微型无人避障船,重点开发了基于嵌入式技术的无人避障系统。针对无人船的设计,本文以树莓派为核心搭建无人避障船。通过上位机传递信号完成对无人船在水中的控制。通过雷达传感器模块和红外传感器模块进行对障碍物的信息采集,将采集的信息传递给树莓派。本文设计了防漏模块,实时检测船体的漏水情况。图像采集模块和树莓派Wi-Fi的AP模式进行视频传输,通过视频传输检测无人船前方的实施状况。本文对避障问题的研究,通过一个雷达传感器模块和五个红外传感器模块实现了水面上障碍物信息的采集,通过雷达传感器模块实现了探测障碍物距离,并通过舵机云台配合,实现对障碍物方位进行判断达到避障。通过红外传感器模块对五个方位障碍物数据进行采集,通过不同位置传感器的响应达到判断障碍物位置的目的,并通过Bug...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
以色列无人船Fig.1.1UnmannedIsraeliship
?胁杉??∮昧颂捉幼值耐ㄐ欧椒ǎ?罱?薌PS通信传输框架，对无人船的监控系统进行了搭建，并对无人船的姿态监控和数据融合算法进行仿真[18]。如今，越来越多的民用无人船出现在视野之中，2018年的春晚上，在波涛翻滚的珠江口海面上，一艘7.5米长的“瞭望者”号海洋无人艇带领着80条1.6米长的ME40小型无人船，列队成海上的“离弦之箭”穿过港珠澳大桥，一转眼间，由零度智控和高巨创新共同组建的无人船编队仿佛变成一条3D立体的白海豚，径直跃过烟花环绕的港珠澳大桥，无人艇则闪烁着灯光，化作一片海上涟漪[19]，如图1.2所示。图1.2云州智能无人船船队Fig.1.2Yunzhouintelligentunmannedshipfleet我国现有的无人船存在成本高、避障功能欠缺的缺点，主要的原因是光学传感器在反光区域无法稳定的运行，这导致了无人船的智能化程度不高，往往需要操作者的干预才能成功避障，这就会导致人工成本和经济成本的增加。因此，采用自动避障的无人船会大幅度提高效率和节约成本。目前，全球无人船行业正在蓬勃发展，市场需求量也在急剧增长，我国淡水以及海洋资源极其丰富，这为中国无人船企业通过加强研发创新，掌握核心技术，抢占市场提供了绝佳的契机。1.3本文研究的主要内容本文设计的基于树莓派的无人避障船主要针对无人船在航行中对障碍物的处理，对于无人船前方的障碍物设计了无人船避障系统，并配了图像采集模块，
沈阳工业大学硕士学位论文8图2.2无人避障船控制系统架构示意图Fig.2.2Schematicdiagramofunmannedobstacleavoidanceshipcontrolsystemarchitecture由物联网基础构架的无人船避障控制系统分为三个部分：第一部分是无人避障船船载子系统，即为感知层；第二部分是无线网络传输，即为网络层，用于下位机和上位机进行数据传输和数据交换；第三部分为安卓手机人机交互端，即为应用层，可实时观测、监控无人避障船。通过各个环节配合完成无人船的避障功能，具体含义如下：（1）数据的采集：通过将雷达模块采集的距离信息、红外模块测得到障碍物的位置信息、GPS信息、无人船姿态信息等模拟量信息进行采集，并且将模拟量信息转化为可读取的数字量信息。（2）每个传感器检测小模块将检测到的数据传送到树莓派控制器中。（3）树莓派控制器将接收到的数据进行解析，并将数据传送到上位机安卓端屏幕上进行显示，方便人们实时监测无人船运行状况，并且可通过按下上位机屏幕端的不同控制按钮，将数据传送给控制器，控制器控制电机运行速度，从而改变无人船运行轨迹。无人避障船控制系统整体框图如图2.3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水上无人系统研究进展及其面临的挑战[J]. 张卫东,刘笑成,韩鹏. 自动化学报. 2020(05)
[2]无人船在港口水域海事监管中的应用探讨[J]. 鲁德伟,韩晓宝,牛志斌. 中国海事. 2020(01)
[3]无人船时代正在拍马赶来的路上[J]. 林晶晶,李延磊. 中国水运. 2019(12)
[4]海洋环境数据在船舶及海洋工程领域的应用[J]. 李萍. 中国船检. 2019(12)
[5]智能航运：未来已来[J]. 胥苗苗. 珠江水运. 2019(22)
[6]基于单片机的直流电机调速控制[J]. 张才勇,王庭有,李驰骎. 化工自动化及仪表. 2019(11)
[7]基于STC12C5A60S2的汽车侧向盲区探测系统[J]. 边玉亮,李淑静,严晓龙. 国外电子测量技术. 2019(10)
[8]超声波与红外交互跟随主人前进系统设计[J]. 陈黄飞,李梓豪,蔡迪,吴桐. 电子制作. 2019(15)
[9]基于LM2596芯片零起调直流稳压电源的设计[J]. 杨智清,范琦. 电子测量技术. 2018(22)
[10]基于超声波与红外感应的智能跟随旅行箱[J]. 刘承磊,赵斌,葛忠迪. 电子世界. 2018(09)
硕士论文
[1]基于Android的无人船监控系统设计[D]. 蔡晓芝.华南理工大学 2019
[2]水文监测遥控船控制及监测系统设计与实现[D]. 李世林.沈阳工业大学 2018
[3]基于Android的智能小车控制及路径规划[D]. 刘芳.广西师范大学 2017
[4]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[5]无人船控制系统设计与实现[D]. 孙东平.中国海洋大学 2015
[6]基于Arduino的智能小车自动避障系统设计与研究[D]. 潘元骁.长安大学 2015
[7]基于Rashpberry Pi的数据采集系统的研究与实现[D]. 史兴兵.东北大学 2014
[8]基于DSP和GPRS的无人船运动控制子系统设计[D]. 鞠景会.河北大学 2013
[9]无人试验船控制平台的设计及测试研究[D]. 钟琎.武汉理工大学 2013
[10]水面无人船航行控制器开发研究[D]. 冯浩明.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3252914
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
以色列无人船Fig.1.1UnmannedIsraeliship
?胁杉??∮昧颂捉幼值耐ㄐ欧椒ǎ?罱?薌PS通信传输框架，对无人船的监控系统进行了搭建，并对无人船的姿态监控和数据融合算法进行仿真[18]。如今，越来越多的民用无人船出现在视野之中，2018年的春晚上，在波涛翻滚的珠江口海面上，一艘7.5米长的“瞭望者”号海洋无人艇带领着80条1.6米长的ME40小型无人船，列队成海上的“离弦之箭”穿过港珠澳大桥，一转眼间，由零度智控和高巨创新共同组建的无人船编队仿佛变成一条3D立体的白海豚，径直跃过烟花环绕的港珠澳大桥，无人艇则闪烁着灯光，化作一片海上涟漪[19]，如图1.2所示。图1.2云州智能无人船船队Fig.1.2Yunzhouintelligentunmannedshipfleet我国现有的无人船存在成本高、避障功能欠缺的缺点，主要的原因是光学传感器在反光区域无法稳定的运行，这导致了无人船的智能化程度不高，往往需要操作者的干预才能成功避障，这就会导致人工成本和经济成本的增加。因此，采用自动避障的无人船会大幅度提高效率和节约成本。目前，全球无人船行业正在蓬勃发展，市场需求量也在急剧增长，我国淡水以及海洋资源极其丰富，这为中国无人船企业通过加强研发创新，掌握核心技术，抢占市场提供了绝佳的契机。1.3本文研究的主要内容本文设计的基于树莓派的无人避障船主要针对无人船在航行中对障碍物的处理，对于无人船前方的障碍物设计了无人船避障系统，并配了图像采集模块，
沈阳工业大学硕士学位论文8图2.2无人避障船控制系统架构示意图Fig.2.2Schematicdiagramofunmannedobstacleavoidanceshipcontrolsystemarchitecture由物联网基础构架的无人船避障控制系统分为三个部分：第一部分是无人避障船船载子系统，即为感知层；第二部分是无线网络传输，即为网络层，用于下位机和上位机进行数据传输和数据交换；第三部分为安卓手机人机交互端，即为应用层，可实时观测、监控无人避障船。通过各个环节配合完成无人船的避障功能，具体含义如下：（1）数据的采集：通过将雷达模块采集的距离信息、红外模块测得到障碍物的位置信息、GPS信息、无人船姿态信息等模拟量信息进行采集，并且将模拟量信息转化为可读取的数字量信息。（2）每个传感器检测小模块将检测到的数据传送到树莓派控制器中。（3）树莓派控制器将接收到的数据进行解析，并将数据传送到上位机安卓端屏幕上进行显示，方便人们实时监测无人船运行状况，并且可通过按下上位机屏幕端的不同控制按钮，将数据传送给控制器，控制器控制电机运行速度，从而改变无人船运行轨迹。无人避障船控制系统整体框图如图2.3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水上无人系统研究进展及其面临的挑战[J]. 张卫东,刘笑成,韩鹏. 自动化学报. 2020(05)
[2]无人船在港口水域海事监管中的应用探讨[J]. 鲁德伟,韩晓宝,牛志斌. 中国海事. 2020(01)
[3]无人船时代正在拍马赶来的路上[J]. 林晶晶,李延磊. 中国水运. 2019(12)
[4]海洋环境数据在船舶及海洋工程领域的应用[J]. 李萍. 中国船检. 2019(12)
[5]智能航运：未来已来[J]. 胥苗苗. 珠江水运. 2019(22)
[6]基于单片机的直流电机调速控制[J]. 张才勇,王庭有,李驰骎. 化工自动化及仪表. 2019(11)
[7]基于STC12C5A60S2的汽车侧向盲区探测系统[J]. 边玉亮,李淑静,严晓龙. 国外电子测量技术. 2019(10)
[8]超声波与红外交互跟随主人前进系统设计[J]. 陈黄飞,李梓豪,蔡迪,吴桐. 电子制作. 2019(15)
[9]基于LM2596芯片零起调直流稳压电源的设计[J]. 杨智清,范琦. 电子测量技术. 2018(22)
[10]基于超声波与红外感应的智能跟随旅行箱[J]. 刘承磊,赵斌,葛忠迪. 电子世界. 2018(09)
硕士论文
[1]基于Android的无人船监控系统设计[D]. 蔡晓芝.华南理工大学 2019
[2]水文监测遥控船控制及监测系统设计与实现[D]. 李世林.沈阳工业大学 2018
[3]基于Android的智能小车控制及路径规划[D]. 刘芳.广西师范大学 2017
[4]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[5]无人船控制系统设计与实现[D]. 孙东平.中国海洋大学 2015
[6]基于Arduino的智能小车自动避障系统设计与研究[D]. 潘元骁.长安大学 2015
[7]基于Rashpberry Pi的数据采集系统的研究与实现[D]. 史兴兵.东北大学 2014
[8]基于DSP和GPRS的无人船运动控制子系统设计[D]. 鞠景会.河北大学 2013
[9]无人试验船控制平台的设计及测试研究[D]. 钟琎.武汉理工大学 2013
[10]水面无人船航行控制器开发研究[D]. 冯浩明.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3252914
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