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CN113177260B - 无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质 - Google Patents

无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质 Download PDF

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CN113177260B
CN113177260B CN202110403144.1A CN202110403144A CN113177260B CN 113177260 B CN113177260 B CN 113177260B CN 202110403144 A CN202110403144 A CN 202110403144A CN 113177260 B CN113177260 B CN 113177260B
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CN
China
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unmanned boat
sea
sea state
unmanned
folding
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刘恒利
杨仁友
张爱东
李胜全
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Peng Cheng Laboratory
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Peng Cheng Laboratory
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Abstract

本发明公开了一种无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质,所述无人艇折叠方法包括以下步骤:采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况;根据所述海况控制片体的收放;若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上,解决现有技术中无人艇无法根据海况进行自适应调节的问题,提高无人艇在不同海况中的稳定能力。

Description

无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质
技术领域
本发明涉及无人艇控制技术领域,尤其涉及一种无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质。
背景技术
针对无人艇折叠方案,已有SAAB公司的SAM 3及Marine Advanced Robotics,Inc.二者通过折叠变形放进集装箱,但是二者变形的功能仅为实现集装箱运输需求,无法满足海上作业。
因此,设计一种可以根据海况在三体与单体之间变换以适应不同的海况的折叠无人艇是至关重要的。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质,旨在解决现有技术中无人艇无法根据海况进行自适应调节的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种无人艇折叠方法,所述无人艇包括主艇体、片体、折臂以及旋转模块;所述片体与所述折臂通过所述旋转模块活动连接且分别位于所述主艇体的两侧,通过控制所述旋转模块进行所述片体的收放;在一实施例中,所述无人艇折叠方法包括以下步骤:
采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况;
根据所述海况控制片体的收放;
若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;
若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上。
在一实施例中,所述采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况,包括:
根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高;
获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级以确定海况。
在一实施例中,所述根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高,包括:
根据无人艇的运动状态,建立零水位位置为原点的固定坐标系及以无人艇重心为原点的运动坐标系;
采用设于无人艇上的加速度计分析X轴和Z轴运动方向分量的耦合关系,并建立无人艇的位移方程:
Xacc=XCM+dsinα
Zacc=ZCM+dcosα
其中,Xacc为无人艇在X轴方向的位移,Zacc为无人艇在Z轴方向的位移,XCM为加速度计距离零水位X轴方向的距离,ZCM为加速度计距离零水位Z轴方向的距离,d为加速度计与无人艇重心之间的距离,α为无人艇的纵倾角。
在一实施例中,所述根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高,还包括:
对所述无人艇的位移方程进行二次微分,得到无人艇的第一加速度:
Figure BDA0003020206240000031
Figure BDA0003020206240000032
结合无人艇自身的重力,计算得到无人艇的第二加速度:
Figure BDA0003020206240000033
对所述无人艇的第二加速度进行二次积分以确定浪高。
在一实施例中,所述使所述无人艇保持平稳,包括:
采用旋转模块调整折臂的位置;
检测无人艇运行过程中的所述折臂的位置数据,获取所述折臂在不同位置的动稳性臂:
ld=yΦ·sinΦ-zΦ·cosΦ+zG·cosΦ-(zG-zB)
其中,yΦ,zΦ为无人艇倾斜Φ后的浮心位置,zG为重心位置,zB为正浮时浮心位置。
在一实施例中,还包括:采用无线信号远程控制片体的收放。
为实现上述目的,本发明还提供一种无人艇折叠系统,所述系统包括:
海况监测模块:用于采集海面数据;
海况分析模块:用于对所述海面数据进行分析以判断海况;
折臂收放决策模块:用于根据所述海况控制片体的收放;
执行模块:若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;
若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上。
在一实施例中,采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况,包括:
根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高;
根据所述浪高并结合气象站测量的风速,在海况等级表中查找对应的海况等级以确定海况。
为实现上述目的,本发明还提供一种无人艇装置,所述无人艇装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的无人艇折叠程序,所述无人艇折叠程序被所述处理器执行时实现如上所述的无人艇折叠方法的各个步骤。
为实现上述目的,本发明还提供一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有无人艇折叠程序,所述无人艇折叠程序被处理器执行时实现如上所述的无人艇折叠方法的各个步骤。
本发明提供的无人艇折叠方法及系统、无人艇装置和计算机存储介质,至少具有以下技术效果:
由于采用了采集海面数据,对所述海面数据进行分析,采用了根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高,获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级从而进行海况的确定,通过海况对片体进行相应的控制以维持无人艇在运动的平稳;通过采用检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上,解决现有技术中无人艇无法根据海况进行自适应调节的问题,提高无人艇在不同海况中的稳定能力,本申请还通过遥控模块将人工指令处理后向折臂收放决策模块发送收放指令,控制摆臂伺服运动模块根据折臂收放决策模块的指令,实现与无人艇自适应片体收放相同的效果。
附图说明
图1为本发明实施例涉及的无人艇装置结构示意图;
图2为本发明无人艇折叠方法的第一实施例的流程示意图;
图3为本发明无人艇折叠方法的第一实施例步骤S110的一个细化流程示意图;
图4为本发明无人艇折叠方法的第一实施例步骤S111的一个细化流程示意图;
图5为本发明无人艇折叠方法的第一实施例步骤S130一个细化流程示意图;
图6为本发明无人艇折叠系统的结构示意图;
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本申请为解决现有技术中无人艇无法根据海况进行自适应调节的问题,采用了采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况;根据所述海况控制片体的收放;若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上的技术方案,提高无人艇在不同海况中的稳定能力。
为了更好地理解上述技术方案,下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请,并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本领域技术人员可以理解,图1所示的无人艇装置结构并不构成对无人艇装置的限定,无人艇装置可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
处理器1100可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器1100中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1100可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。软件模块可以位于随机存储器,闪存、只读存储器,可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1200,处理器1100读取存储器1200中的信息,结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解,本发明实施例中的存储器1200可以是易失性存储器或非易失性存储器,或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中,非易失性存储器可以是只读存储器(Read Only Memory,ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM,PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM,EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM,EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明,许多形式的RAM可用,例如静态随机存取存储器(Static RAM,SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM,DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM,SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM,DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM,ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM,SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM,DRRAM)。本发明实施例描述的系统和方法的存储器1200旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在本申请实施例中,处理器1100可以用于调用存储在存储器1200中的无人艇折叠程序,并执行以下操作:
采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况;
根据所述海况控制片体的收放;
若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;
若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上。
在本申请实施例中,处理器1100可以用于调用存储在存储器1200中的无人艇折叠程序,并执行以下操作:
根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高;
获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级以确定海况。
在本申请实施例中,处理器1100可以用于调用存储在存储器1200中的无人艇折叠程序,并执行以下操作:
根据无人艇的运动状态,建立零水位位置为原点的固定坐标系及以无人艇重心为原点的运动坐标系;
采用设于无人艇上的加速度计分析X轴和Z轴运动方向分量的耦合关系,并建立无人艇的位移方程:
Xacc=XCM+dsinα
Zacc=ZCM+dcosα
其中,Xacc为无人艇在X轴方向的位移,Zacc为无人艇在Z轴方向的位移,XCM为加速度计距离零水位X轴方向的距离,ZCM为加速度计距离零水位Z轴方向的距离,d为加速度计与无人艇重心之间的距离,α为无人艇的纵倾角。
在本申请实施例中,处理器1100可以用于调用存储在存储器1200中的无人艇折叠程序,并执行以下操作:
对所述无人艇的位移方程进行二次微分,得到无人艇的第一加速度:
Figure BDA0003020206240000081
Figure BDA0003020206240000082
结合无人艇自身的重力,计算得到无人艇的第二加速度:
Figure BDA0003020206240000083
对所述无人艇的第二加速度进行二次积分以确定浪高。
在本申请实施例中,处理器1100可以用于调用存储在存储器1200中的无人艇折叠程序,并执行以下操作:
采用旋转模块调整折臂的位置;
检测无人艇运行过程中的所述折臂的位置数据,获取所述折臂在不同位置的动稳性臂:
ld=yΦ·sinΦ-zΦ·cosΦ+zG·cosΦ-(zG-zB)
其中,yΦ,zΦ为无人艇倾斜Φ后的浮心位置,zG为重心位置,zB为正浮时浮心位置。
在本申请实施例中,处理器1100可以用于调用存储在存储器1200中的无人艇折叠程序,并执行以下操作:采用无线信号远程控制片体的收放。
对于软件实现,可通过执行本发明实施例所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本发明实施例所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
基于上述结构,提出本发明的实施例。
参照图2,图2为本发明无人艇折叠方法的第一实施例的流程示意图,包括以下步骤:
步骤S110,采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况。
在本实施例中,所述海况也称为海面状况、海情,是指在海洋水文观测中,由风浪和涌浪引起的海面外貌特征;海况主要分为以下两种情况:一是在风力作用下,根据视野内海面状况、波峰的形状及其破裂程度和浪花泡沫出现的多少等,把海况共分为10级;二是海区物理、化学、生物等性质及其变动情况,包括温度、盐度和密度的分布,水团和大洋环流的分布状况等。
在本实施例中,海况受浪高以及风速的影响,其中,浪高根据无人艇上的加速度计检测无人艇的运动状态,并结合无人艇自身的重力,确定浪高;风速通过搭载于无人艇上的气象站测量获取,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级以确定海况。
参照图3,图3为本发明无人艇折叠方法的第一实施例步骤S110的一个细化流程示意图,包括以下步骤:
步骤S111,根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高。
在本实施例中,海况按海面波动状况、波峰形状及其破碎程度、浪花泡沫出现的多少分为10个等级,由低到高表示为0~9级,浪高按照常用的道氏波级,分为:无浪、微浪、小浪、中浪、大浪、巨浪、狂浪、狂涛、怒涛、暴涛等不同级别,其中,0级海况海面光滑如镜,或只有涌浪存在;1级海况浪高0~0.1m,波纹或涌浪和波纹同时存在,微小波浪呈鱼鳞状,没有浪花;2级海况浪高0.1~0.5m,波浪很小,波长尚短,但波形显著,波峰不破裂,无显著白色;3级海况浪高0.5~1.25m,波长变长,波峰开始破裂,浪沫光亮,有时可见白浪花,其中一些地方形成连片的白色浪花;4级海况浪高1.25~2.5m,波浪具有明显形状,到处形成白浪;5级海况浪高2.5~4.0m,出现高大的波峰,浪花占了波浪上很大的面积,风开始削去波峰上的浪花;6级海况浪高4.0~6.0m,波峰上被风削去的浪花,开始沿着波浪斜面伸长成带状,有时波峰出现风暴波的长波形状;7级海况浪高6.9m,风削去的浪花带布满了波浪斜面,并有些地方达到波谷,波峰上布满了浪花层;8级海况浪高9~14m,稠密的浪花布满波浪斜面,海面变成白色,只有波谷某些地方没有浪花;9级海况浪高大于14m,整个海面布满了稠密的浪花层,空气中充满了水滴和飞沫,能见度显著降低。
在本实施例中,无人艇在运动过程中除了受到浮力的影响,还受到无人艇自身的重力影响,因此在浪高分析过程中,需要考虑无人艇自身的重力;浪高的分析过程如步骤S1111至步骤S1115所述。
参照图4,图4为本发明无人艇折叠方法的第一实施例步骤S111的一个细化流程示意图,包括以下步骤:
步骤S1111,根据无人艇的运动状态,建立零水位位置为原点的固定坐标系及以无人艇重心为原点的运动坐标系。
在本实施例中,可以将无人艇看成自由的漂浮物,无人艇的运动状态受浪高以及风速的影响,是实时变化的,因此通过利用无人艇船载的组合惯导中惯性测量单元加速度计实时检测无人艇在不同运行状态的数据,本申请以三轴加速度计为例进行展开,通过加速度计获取无人艇的二维数据信息,当然,所述加速度计可以是三轴加速度计,也可以是六轴加速度计;所述获取的数据也可以是一维或三维数据,选择的加速度维度越多,计算过程越复杂,计算结果更加准确,经过多次试验,本申请采用的三轴加速度计测量二维数据满足实际开发需求;特别注意的是,在获取无人艇的二维数据信息时,不考虑无人艇自身的重力加速度;在加速度计获取无人艇的二维数据信息之前,需要先建立零水位位置为原点的固定坐标系(X,Z)及以无人艇重心为原点的运动坐标系(x,z),通过坐标系以实时检测无人艇的运动状态。
步骤S1112,采用设于无人艇上的加速度计分析X轴和Z轴运动方向分量的耦合关系,并建立无人艇的位移方程。
在本实施例中,由于无人艇受到纵倾、横摇及水平运动的影响,加速度计测量方向难以时时垂直于水平面,此时需要分析各个分量的耦合关系,采用设于无人艇上的加速度计分析X轴方向和Z轴运动方向的位移,建立无人艇的位移方程:
Xacc=XCM+dsinα
Zacc=ZCM+dcosα
其中,Xacc为无人艇在X轴方向的位移,XCM为加速度计距离零水位X轴方向的距离,Zacc为无人艇在Z轴方向的位移,ZCM为加速度计距离零水位Z轴方向的距离,d为加速度计与无人艇重心之间的距离,α为无人艇的纵倾角。
步骤S1113,对所述无人艇的位移方程进行二次微分,得到无人艇的第一加速度。
在本实施例中,所述无人艇的第一加速度是指在不考虑重力加速度的基础上计算获取的,加速度是一个对象速度的变化速率,同时,速度是同样一个对象位置的变化速率,换句话说,速度是位置的导数,加速度是速度的导数,因此需要对所述无人艇在X轴方向和Z轴运动方向的位移进行二次微分,即:
Figure BDA0003020206240000121
Figure BDA0003020206240000122
通过二次微分即可计算得到无人艇的第一加速度。
步骤S1114,结合无人艇自身的重力,计算得到无人艇的第二加速度。
在本实施例中,所述无人艇的第二加速度是在考虑了无人艇自身的重力影响,结合无人艇自身的重力,计算得到的无人艇的第二加速度为:
Figure BDA0003020206240000123
其中,g为无人艇自身的重力。
步骤S1115,对所述无人艇的第二加速度进行二次积分以确定浪高。
在本实施例中,为了获得位置,需要对加速度进行二次积分,在确定了无人艇的第二加速度后,通过对第二加速度进行二次积分就可确定浪高。
由于采用了根据无人艇的运动状态,建立零水位位置为原点的固定坐标系及以无人艇重心为原点的运动坐标系,采用设于无人艇上的加速度计分析X轴和Z轴运动方向分量的耦合关系,并建立无人艇的位移方程,对所述无人艇的位移方程进行二次微分,得到无人艇的第一加速度,结合无人艇自身的重力,计算得到无人艇的第二加速度,对所述无人艇的第二加速度进行二次积分以确定浪高的技术方案,解决了无人艇行驶过程中运动状态不稳定,通过对浪高的分析提高无人艇的稳定性。
步骤S112,获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级以确定海况。
在本实施例中,风速可以通过搭载于无人艇上方的气象站进行测量与获取,所述海况等级表包括风速与浪高的对应关系,当知道风速与浪高时,在海况等级表中查找对应的海况的等级,根据等级即可确定海况。
在本实施例中,风速与浪高的对应关系按船舶在任务海域的正常承载情况,考虑抗风稳性和船舶强度,可以将任务海域的海况分为灾害性海况、危害性海况、恶劣海况、一般海况,这四种海况因船舶的性能不同和降额设计不同而对应不同风、浪指标,其中,灾害性海况是指当海域的海况导致航天测量船航行处于极度危险状态,无法实施海上工作,则称为灾害性海况。灾害性海况根据船舶性能确定,一般性参考如下:
①2万吨以下测量船,指单体船:风速大于28.5m/s(11级)、浪高大于4.5m。
②2万吨以上测量船:风速大于32.7m/s(12级)、浪高大于5.0m。
当海域的海况导致航天测量船航行处于危险状态,无法实施海上测控工作,则称为危害性海况。危害性海况根据船舶性能确定,一般性参考如下:
①2万吨以下测量船:风速为20.8~28.4m/s(9~10级)、浪高为3.5~4.5m。
②2万吨以上测量船:风速为24.5~32.7m/s(10~11级)、浪高为4.0~5.0m。
当海域的海况导致航天测量船航行困难较大,无法正常测控,则称为恶劣海况。恶劣海况根据船舶性能确定,一般性参考如下:
①2万吨以下测量船:风速为17.2~20.7m/s(8级)、浪高为3~3.5m。
②2万吨以上测量船:风速为20.8~24.4m/s(9级)、浪高为3.5~4.0m。
与海域的海况不影响航天测量船的正常航行和测控工作,则称为一般海况。一般海况根据船舶性能确定,一般性参考如下:
①2万吨以下测量船:风速小于17.1m/s(7级)、浪高小于3m。
②2万吨以上测量船:风速小于20.7m/s(8级)、浪高小于3.5m。
由于采用了根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高,获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级从而进行海况的确定,通过海况对片体进行相应的控制以维持无人艇在运动的平稳。
步骤S120,根据所述海况控制片体的收放。
在本实施例中,无人艇包括主艇体、片体以及旋转模块;所述片体与所述主艇体通过所述旋转模块活动连接且分别位于所述主艇体的两侧,通过控制所述旋转模块进行所述片体的收放;在确定好海况后,可以控制片体的收放,例如,若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳,若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上。
步骤S130,若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳。
在本实施例中,无人艇在运动过程中有六个自由度:横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡,其中横摇、纵摇对无人艇的影响最大,为抑制横摇,可以对无人艇的构造进行设计,而高海情通常因为无人艇的构造不同而不同,在不同的无人艇构造下,无人艇处于高海情对应的级别也不同,例如将达到五级以上的浪高定义为高海情,或将达到五级以上的风速和浪高定义为高海情;若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳,例如,当检测到所述无人艇浪高为五级,则定义无人艇处于高海情,此时,通过搭载于无人艇上的摆臂伺服运动模块控制片体展开,以使无人艇保持平稳。
在本实施例中,当无人艇处于高海情时,由于无人艇受到风速、浮力、重力等众多因素的影响,因此无人艇片体的入水深度是实时变化的,当无人艇片体的入水深度发生变化时,无人艇的湿表面面积也相应发生变化,因此,首先需要先定义片体的水深深度与无人艇湿表面面积的对应关系,在本申请中,片体的入水深度可以采用水位传感器进行测量,通过检测片体的入水深度,根据片体的水深深度与无人艇湿表面面积的对应关系以确定无人艇的湿表面面积。
在本实施例中,所述兴波阻力,是指无人艇航行时兴起重力波引起的阻力,其兴波阻力系数除与无人艇长、无人艇船型和无人艇航行方式有关外,还随无人艇航速而增大,高速船兴波阻力可占总阻力50%左右,减小兴波阻力的主要途径是改进无人艇船型,或改变无人艇航行方式,无人艇若能脱离水面腾空航行或潜水航行,则因水面无波浪兴起也可避免产生兴波阻力。
在本实施例中,在总体排水量不变的情况可以改变无人艇片体的入水深度,无人艇湿表面面积Sw随之变化,在获取到无人艇湿表面面积后,可结合
Figure BDA0003020206240000151
计算无人艇兴波阻力系数,其中,C,D为常数,λ为波长,L为船的长度,m为随船及速度有关的系数,mL为兴波长度,v为波速,ρ为排水的密度,U来流速度,Fx无人艇表面水平方向的作用力;无人艇的兴波阻力系数Cw通过无人艇摆臂运动模块来调节,通过所述兴波阻力系数判断无人艇的航行性能。
参照图4,图4为本发明无人艇折叠方法的第一实施例步骤S130的一个细化流程示意图,包括以下步骤:
步骤S131,采用旋转模块调整折臂的位置;
在本实施例中,所述旋转模块用于连接片体与折臂,所述旋转模块还用于连接折臂与主艇体,无人艇运行过程中,由于风力与海况的影响,需要实时采用旋转模块调整折臂的位置,同时检测折臂的位置数据。
步骤S132,检测无人艇运行过程中的所述折臂的位置数据,获取所述折臂在不同位置的动稳性臂。
在本实施例中,所述位置数据包括:无人艇的浮心位置、重心位置、正浮时浮心位置,可用编码器来检测折臂所处的位置,等折臂的位置确定后船体的性能参数是确定的;航行平稳性可以用动稳性来衡量,所述无人艇的动稳性是指无人艇在外力矩的作用下,横倾时具有一定的角速度,只有当外力矩所做的功完全由回复力矩所做的功所抵消时,无人艇的角速度才变为零而停止倾斜;检测无人艇运行过程中的所述折臂的位置数据,获取所述折臂在不同位置的动稳性臂,采用ld=yΦ·sinΦ-zΦ·cosΦ+zG·cosΦ-(zG-zB)公式获取动稳性臂,其中,yΦ,zΦ为无人艇倾斜Φ后的浮心位置,zG为重心位置,zB为正浮时浮心位置。
由于采用了旋转模块调整折臂的位置,检测无人艇运行过程中的折臂位置数据,从而得出不同位置的动稳性臂,解决现有技术中无人艇运行过程不平稳的问题,提高无人艇在不同海况中的稳定性。
步骤S140,若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上。
在本实施例中,与高海情类似,低海情也因为无人艇的构造不同而不同,在不同的无人艇构造下,无人艇处于低海情对应的级别也不同,例如将达到四级以下的浪高定义为低海情,或将达到四级以下的风速和浪高定义为低海情;例如,当检测到所述无人艇浪高为二级,则定义无人艇处于低海情,此时,若片体已经展开,则通过搭载于无人艇上的摆臂伺服运动模块控制片体收缩于主艇体的甲板上;当然,在低海情时,也可以控制无人艇片体的展开。
本申请中,除了可以通过航行中的无人艇搭载的海况传感器,例如借助无人艇搭载的组合惯导的惯性测量单元加速度计测量实时的情况,跟设计的无人艇的片体收放海况条件对比,若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳,若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上,同时,还可以通过无线信号远程遥操控制,人工介入无人艇的片体收放,其中,所采用的无线信号可以是遥控器发出的红外线,还可以通过智能设备进行控制,例如,通过在无人艇上搭载无线设备,例如WIFI、LARA等无线通信模块,实现人工远程控制。
由于采用了采集海面数据,对所述海面数据进行分析以判断海况;根据所述海况控制片体的收放;若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上的技术方案,解决现有技术中无人艇无法根据海况进行自适应调节的问题,提高无人艇在不同海况中的稳定能力。
基于同一发明构思,本发明还提供一种无人艇折叠系统,如图6所示,图6为本发明无人艇折叠系统的结构示意图,所述系统包括:海况监测模块、海况分析模块、折臂收放决策模块、执行模块、伺服模块等,下面将对各个模块进行展开描述:
海况监测模块:用于采集海面数据;海况分析模块:用于对所述海面数据进行分析以判断海况,所述海况分析模块根据无人艇的运动状态并结合无人艇自身的重力,分析浪高,根据所述浪高并结合气象站测量的风速,在海况等级表中查找对应的海况等级以确定海况;折臂收放决策模块:用于根据所述海况控制片体的收放;执行模块:包括驱动单元和执行单元,用于若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳;若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上;伺服模块用于控制控制片体的收放。
在本申请中,所述系统还包括遥控模块、通讯模块以及人机交互模块等,其中,遥控模块将人工指令处理后向折臂收放决策模块发送收放指令,控制摆臂伺服运动模块根据折臂收放决策模块的指令完成片体收放。
由于采用了根据海况自主通过控制摆臂伺服运动模块完成片体收放;同时操作人员可通过远程人机交互模块向遥操收放系统传输人工指令,遥操收放系统将人工指令处理后向折臂收放决策模块发送收放指令,控制摆臂伺服运动模块根据折臂收放决策模块的指令完成片体收放的技术方案,实现多种方式对片体收放进行控制。
基于同一发明构思,本发明还提供一种无人艇装置,所述无人艇装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的无人艇折叠程序,所述无人艇折叠程序被所述处理器执行时实现如上所述的无人艇折叠方法的各个步骤,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
由于本申请实施例提供的无人艇装置,为实施本申请实施例的方法所采用的无人艇装置,故而基于本申请实施例所介绍的方法,本领域所属人员能够了解该无人艇装置的具体结构及变形,故而在此不再赘述。凡是本申请实施例的方法所采用的无人艇装置都属于本申请所欲保护的范围。上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有无人艇折叠程序,所述无人艇折叠程序被处理器执行时实现如上所述的无人艇折叠方法的各个步骤,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
由于本申请实施例提供的计算机存储介质,为实施本申请实施例的方法所采用的计算机存储介质,故而基于本申请实施例所介绍的方法,本领域所属人员能够了解该计算机存储介质的具体结构及变形,故而在此不再赘述。凡是本申请实施例的方法所采用的计算机存储介质都属于本申请所欲保护的范围。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是,在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种无人艇折叠方法,其特征在于,所述无人艇包括主艇体、片体、折臂以及旋转模块;在所述主艇体的两侧,所述片体与所述主艇体通过所述旋转模块活动连接,且在所述主艇体的每一侧,所述片体与所述折臂通过所述旋转模块活动连接,通过控制所述旋转模块进行所述片体的收放;所述方法包括:
根据无人艇的运动状态,建立零水位位置为原点的固定坐标系及以无人艇重心为原点的运动坐标系;
采用设于无人艇上的加速度计分析所述固定坐标系的X轴和Z轴运动方向分量的耦合关系,并建立无人艇的位移方程:
Xacc=XCM+dsinα
Zacc=ZCM+dcosα
其中,Xacc为无人艇在X轴方向的位移,Zacc为无人艇在Z轴方向的位移,XCM为加速度计距离零水位X轴方向的距离,ZCM为加速度计距离零水位Z轴方向的距离,d为加速度计与无人艇重心之间的距离,α为无人艇的纵倾角;
对所述无人艇的位移方程进行二次微分,得到无人艇的第一加速度:
Figure FDA0003737139960000011
Figure FDA0003737139960000012
其中,
Figure FDA0003737139960000013
为所述无人艇在X轴方向的位移的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000014
为所述加速度计距离零水位X轴方向的距离的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000015
为无人艇的纵倾角的一次微分值,
Figure FDA0003737139960000016
为无人艇的纵倾角的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000017
为无人艇在Z轴方向的位移的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000018
为加速度计距离零水位Z轴方向的距离的二次微分值;
结合无人艇自身的重力,计算得到无人艇的第二加速度:
Figure FDA0003737139960000021
其中,g为无人艇自身的重力,
Figure FDA0003737139960000022
为无人艇的第二加速度;
对所述无人艇的第二加速度进行二次积分以确定浪高;
获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级以确定海况;
根据所述海况控制片体的收放;
若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳,其中,将海况等级大于五级的海情确定为所述高海情;
若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上,其中,将海况等级小于四级的海情确定为所述低海情。
2.如权利要求1所述的无人艇折叠方法,其特征在于,所述使所述无人艇保持平稳,包括:
采用旋转模块调整折臂的位置;
检测无人艇运行过程中的所述折臂的位置数据,获取所述折臂在不同位置的动稳性臂:
ld=yΦ·sinΦ-zΦ·cosΦ+zG·cosΦ-(zG-zB)
其中,yΦ,zΦ为无人艇倾斜Φ后的浮心位置,zG为重心位置,zB为正浮时浮心位置。
3.如权利要求1所述的无人艇折叠方法,其特征在于,还包括:采用无线信号远程控制片体的收放。
4.一种无人艇折叠系统,其特征在于,所述系统包括:
海况监测和分析模块:用于根据无人艇的运动状态,建立零水位位置为原点的固定坐标系及以无人艇重心为原点的运动坐标系;采用设于无人艇上的加速度计分析所述固定坐标系的X轴和Z轴运动方向分量的耦合关系,并建立无人艇的位移方程:
Xacc=XCM+dsinα
Zacc=ZCM+dcosα
其中,Xacc为无人艇在X轴方向的位移,Zacc为无人艇在Z轴方向的位移,XCM为加速度计距离零水位X轴方向的距离,ZCM为加速度计距离零水位Z轴方向的距离,d为加速度计与无人艇重心之间的距离,α为无人艇的纵倾角;
对所述无人艇的位移方程进行二次微分,得到无人艇的第一加速度:
Figure FDA0003737139960000031
Figure FDA0003737139960000032
其中,
Figure FDA0003737139960000033
为所述无人艇在X轴方向的位移的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000034
为所述加速度计距离零水位X轴方向的距离的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000035
为无人艇的纵倾角的一次微分值,
Figure FDA0003737139960000036
为无人艇的纵倾角的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000037
为无人艇在Z轴方向的位移的二次微分值,
Figure FDA0003737139960000038
为加速度计距离零水位Z轴方向的距离的二次微分值;
结合无人艇自身的重力,计算得到无人艇的第二加速度:
Figure FDA0003737139960000039
其中,g为无人艇自身的重力,
Figure FDA00037371399600000310
为无人艇的第二加速度;
对所述无人艇的第二加速度进行二次积分以确定浪高;
获取气象站测量的风速,在海况等级表中查找与所述浪高和风速对应的海况等级以确定海况;
折臂收放决策模块:用于根据所述海况控制片体的收放;
执行模块:用于若检测到所述无人艇处于高海情,控制片体展开以使所述无人艇保持平稳,其中,将海况等级大于五级的海情确定为所述高海情;若检测到所述无人艇处于低海情,控制片体收缩于主艇体上,其中,将海况等级小于四级的海情确定为所述低海情。
5.一种无人艇装置,其特征在于,所述无人艇装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的无人艇折叠程序,所述无人艇折叠程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的无人艇折叠方法的各个步骤。
6.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质存储有无人艇折叠程序,所述无人艇折叠程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的无人艇折叠方法的各个步骤。
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