一種模塊化的無人船智能動力控制系統的制作方法

【技術領域】

本發明涉及無人船技術領域，特別是涉及一種模塊化的無人船智能動力控制系統。

背景技術：

隨著智能設備的不斷發展，無人化成為今后制造裝備的一個發展趨勢。無人船作為一個快速發展的行業，其在水質監測、搶險救援、海洋勘測、邊防巡邏等方面能發揮很大作用。對于無人船系統來說，動力系統的控制是一個很重要的部分。對于動力系統來說，主要由主機、傳動裝置和推進裝置組成，由此存在多種組合形式，不同的組合形式對于動力系統的要求不盡相同，因此有必要設計一種通用的無人船動力系統，能兼容大部分動力形式，滿足不同的動力需求。

技術實現要素：

本發明實施例要解決的技術問題是現有的無人船動力系統模式單一，每一次調整或者更改都需要從軟件側、主機、傳動裝置和推進裝置做系統的調整，調整周期長、效率低。

本發明實施例采用如下技術方案：

第一方面，本發明實施例提供了一種模塊化的無人船智能動力控制系統，包括控制單元、驅動單元和動力單元，具體的：

所述控制單元連接所述驅動單元和動力單元，用于獲取所述驅動單元和動力單元中傳感器反饋的采集內容，以及給所述驅動單元和動力單元傳遞控制指令；還用于獲取所連接的驅動單元和動力單元各自的組合形式，并根據相應的組合形式更新自身的控制系統；

所述驅動單元連接所述動力單元，用于為動力單元提供機械動力；驅動單元由驅動處理器、驅動電機、驅動臂和第一傳感器組構成；其中，所述驅動處理器、驅動電機和驅動臂之間存在一種或者多種組合形式；

所述動力單元包括一種或者多種組合形式，每一種組合形式由相應的動力處理器、主機、傳動裝置、推進裝置和第二傳感器組構成。

可選的，所述控制單元中存儲有一組或者多組驅動單元的參數信息，以及一組或者多組動力單元的參數信息，則所述控制單元，

還用于獲取當前連接的驅動單元和動力單元各自的參數信息，并將獲取到的參數信息和自身存儲的進行匹配；

所述控制單元根據匹配結果更新與當前動力控制系統對應的操作系統。

可選的，所述驅動處理器中存儲有構成當前驅動單元組成要件的相關參數信息，用于在驅動處理器獲取到控制單元的查詢請求后反饋；或者，在驅動單元供電啟動后，由驅動處理器主動向控制單元上報自身存儲的參數信息；

所述動力處理器中存儲有構成當前動力單元組成要件的相關參數信息，用于在動力處理器獲取到控制單元的查詢請求后反饋；或者，在動力單元供電啟動后，由動力處理器所主動向控制單元上報自身存儲的參數信息。

可選的，所述控制單元采用硬件底板和快拆接口分離方式實現。

可選的，所述動力單元中主機、傳動裝置、推進裝置的組合形式中：

主機為柴油發動機、汽油發動機和電動機中的一種或者多種；

傳動裝置為：一種或者多種不同型號的齒輪箱；

所述推進裝置為：噴泵、螺旋槳中至少一種。

可選的，所述驅動電機和驅動臂具體為：

集成式的電動缸；或者，液壓泵和液壓缸的組合模式。

第二方面，本發明實施例還提供了一種模塊化的無人船智能動力控制方法，所述方法包括：

控制單元在與驅動單元和動力單元建立數據鏈路連接之后，獲取所述驅動單元和動力單元各自的參數信息；

控制單元分析獲得的驅動單元參數信息和動力單元參數信息，根據分析結果更新自身的操作系統。

可選的，所述驅動單元包括驅動處理器和第一傳感器組；所述動力單元包括動力處理器和第二傳感器組，則所述方法還包括：

所述控制單元向所述驅動處理器和動力處理發送控制指令；

所述驅動處理器在接收到控制指令后，控制驅動單元內部的驅動電機和驅動臂完成相應指令內容，并接收第一傳感器組反饋的第一監測數據；

所述動力處理器在接收到控制指令后，控制動力單元內部的主機、傳動裝置、推進裝置完成相應指令內容，并接收第二傳感器組反饋的第二監測數據；

所述控制單元在獲取到所述第一監測數據和第二監測數據后，與已發送的控制指令建立映射關系；

所述控制單元根據多組映射關系，確定當前操作系統與當前由控制單元、驅動單元和動力單元建立的動力控制系統之間的匹配度。

可選的，所述方法還包括：

若確定出的匹配度低于預設閾值，則根據所述映射關系建立欠匹配結果，所述欠匹配結果用于后續設計相應的操作系統。

可選的，所述根據分析結果更新自身的操作系統，具體包括：

不同的操作系統對應不同的驅動單元類型和動力單元類型的組合，其中，動力單元由主機、傳動裝置、推進裝置和第一組傳感器構成，其組合形式中：

主機為柴油發動機、汽油發動機和電動機中的一種或者多種；

傳動裝置為：一種或者多種不同型號的齒輪箱；

所述推進裝置為：噴泵、螺旋槳中至少一種；

動力處理器、主機、傳動裝置、推進裝置和第二傳感器組構成，其組合形式中，驅動電機和驅動臂具體為：

集成式的電動缸；或者，液壓泵和液壓缸的組合模式。

在本發明實施例提供了一種智能動力控制系統的組建模式，改進了現有技術中針對特定船體而言固定的，且為一體形式的動力控制系統，提出了一種由控制單元、驅動單元和動力單元三部分動態組建形成的智能動力控制系統，改變了固有的設計模式和加工制造模式，使得動力控制系統的組件能夠實現動態組合，智能化控制的效果。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明實施例提供的一種模塊化的無人船智能動力控制系統架構示意圖；

圖2是本發明實施例提供的一種控制器連接結構示意圖；

圖3是本發明實施例提供的一種模塊化的無人船智能動力控制系統架構示意圖；

圖4是本發明實施例提供的一種模塊化的無人船智能動力控制方法流程示意圖；

圖5是本發明實施例提供的一種基于執行過程的控制系統改進方法流程示意圖。

【具體實施方式】

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

實施例1:

本發明實施例1提供了一種模塊化的無人船智能動力控制系統，如圖1所示，包括控制單元、驅動單元和動力單元，具體的：

所述控制單元連接所述驅動單元和動力單元，用于獲取所述驅動單元和動力單元中傳感器反饋的采集內容，以及給所述驅動單元和動力單元傳遞控制指令；還用于獲取所連接的驅動單元和動力單元各自的組合形式，并根據相應的組合形式更新自身的控制系統；

其中，更新的控制系統可以是通過網絡連接服務器進行下載后安裝完成；也可以是通過存儲介質下載安裝完成；還可以通過編譯端口，以特定的編譯下載器完成所述控制系統的更新。

所述驅動單元連接所述動力單元，用于為動力單元提供驅動力；驅動單元由驅動處理器、驅動電機、驅動臂和第一傳感器組構成；其中，所述驅動處理器、驅動電機和驅動臂之間存在一種或者多種組合形式；

其中，驅動力包括動力單元位置、角度、輸出馬力等因素。例如：所述動力單元中包含船舵時，則相應的驅動力具體包括對于所述船舵的旋轉角度的供力部分；所述動力單元中包含噴泵時，則相應的驅動力具體包括對所述噴泵輸出功率的控制、輸出角度(方向)上的控制。

所述動力單元包括一種或者多種組合形式，每一種組合形式由相應的動力處理器、主機、傳動裝置、推進裝置和第二傳感器組構成。

其中，第一傳感器組件和第二傳感器組件各自可以是由轉速傳感器、溫度傳感器、角度傳感器、力矩傳感器和加速度傳感器中的一種或者多種構成。其中，所述第一傳感器組件用于監測驅動電機和驅動臂的相關運動狀態；所述第二傳感器組件用于監測主機、傳動裝置和推進裝置的相關運動狀態。

在本發明實施例提供了一種智能動力控制系統的組建模式，改進了現有技術中針對特定船體而言固定的，且為一體形式的動力控制系統模式，提出了一種由控制單元、驅動單元和動力單元三部分動態組建形成的智能動力控制系統，改變了固有的設計模式和加工制造模式，使得動力控制系統的組件能夠實現動態組合，智能化控制的效果。

在本發明實施例中，所述驅動處理器和動力處理器通常采用集成芯片，例如8086微處理器、msp430g2xxx微處理器、由intel或者amd推出的微處理器芯片等等。其作用主要是針對驅動單元和動力單元提供了一種組合形式相關參數信息存儲的區域，能夠在完成系統數據鏈路建立之后，向所述控制單元反饋相應驅動單元或者動力單元的參數信息，使得控制單元能夠依據所述參數信息更新與之匹配的操作系統。

其中，控制單元獲取驅動單元相應參數信息的具體方式，可以是驅動處理器在獲取到控制單元的查詢請求后反饋；或者，在驅動單元供電啟動后，由驅動處理器主動向控制單元上報自身存儲的參數信息。對于控制單元獲取動力單元相應參數信息的具體方式可以參考上述方式，在此不一一贅述。

在本發明實施例中，對于所述根據相應的組合形式更新自身的控制系統，提供了一種具體實現方式，具體闡述如下：

所述控制單元中存儲有一組或者多組驅動單元的參數信息，以及一組或者多組動力單元的參數信息，則所述控制單元，還用于獲取當前連接的驅動單元和動力單元各自的參數信息，并將獲取到的參數信息和自身存儲的進行匹配；

所述控制單元根據匹配結果更新與當前動力控制系統對應的操作系統。

其中，所述操作系統涉及各驅動單元和運動單元中設備的可調區間范圍設定；還包括對于某一目的操作，相應的驅動單元和運動單元中各組成部件執行順序，以及執行指標等設定；以及各傳感器反饋數據所對應的報警狀態標定等等。

在本發明實施例中，所述動力單元中主機、傳動裝置、推進裝置的組合形式中：

主機為柴油發動機、汽油發動機和電動機中的一種或者多種；傳動裝置為：一種或者多種不同型號的齒輪箱；所述推進裝置為：噴泵、螺旋槳中至少一種。例如：所述動力單元可以是“柴油發動機+齒輪箱+噴泵”，也可以是“柴油發動機+噴泵”，還可以是“柴油發動機+齒輪箱+螺旋槳”。其中，動力單元的表現形式可以是吊艙式推進器、舷外機、舷內外機等。

在本發明實施例中，所述驅動電機和驅動臂具體為：集成式的電動缸；或者，液壓泵和液壓缸的組合模式。驅動單元的主要的作用是完成對動力單元中，機械拉線的控制，其接收來自控制單元的指令，將其轉換成電動缸或液壓缸的機械運動，實現對動力單元中機械油門、或機械檔位、或機械齒輪箱等的控制。

在本發明實施例中，所述控制單元還存在一種優選的實現方式，即所述控制單元采用硬件底板和快拆接口分離方式實現。具體的，控制單元的硬件底板和快拆接口上分別有快拆連接器，快拆接口同樣為印制電路板的形式，上面焊接有航空插頭。其中硬件底板上的連接器每個管腳對外的信號類型是固定的，針對特定的動力形式，通過更改快拆接口上硬件電路的布線形式，可方便的滿足不同動力形式的控制需求。如圖2所示，控制單元采用硬件底板和快拆接口分離的形式，避免了人工焊線過程中接線錯誤、虛焊等風險；控制單元采用硬件底板和快拆接口分離的形式，省去了人工焊接的過程，提高了效率，縮短了時間；控制單元采用硬件底板和快拆接口分離的形式，當快拆接口故障時，方便維護；控制單元采用硬件底板和快拆接口分離的形式，在不改變硬件底板資源的情況下，通過更換不同的快拆接口，可非常方便的改變快拆接口上各個航插的型號類型。

在本發明實施例中，采用控制單元和驅動單元分離的形式，可根據動力單元的具體形式和個數，靈活配置驅動單元的個數，而無需增加控制單元的個數，如圖3所示；采用控制單元和驅動單元分離的形式，當有驅動單元故障時，方便維護，而無需對控制單元進行替換；采用控制單元和驅動單元分離的形式，將控制單元和動力單元分離開來，實現了動力單元的形式改變時，控制單元無需在硬件上做修改，只需修改軟件即可滿足對新的動力單元的控制需求；采用控制單元和驅動單元分離的形式，可將驅動單元在靠近動力單元的附近安裝，降低了動力系統的安裝難度；采用控制單元和驅動單元分離的形式，實現了單一設備的故障方便維護，提高了系統的可靠性；采用控制單元和驅動單元分離的形式，當動力單元的個數超過系統控制能力時，額外增加一個控制單元即可滿足要求。

實施例2:

本發明實施例還提供了一種模塊化的無人船智能動力控制方法，本實施例方法同樣適用于實施例1所述的一種模塊化的無人船智能動力控制系統，如圖4所示，所述方法包括以下執行步驟：

在步驟201中，控制單元在與驅動單元和動力單元建立數據鏈路連接之后，獲取所述驅動單元和動力單元各自的參數信息。

其中，控制單元中存儲有一組或者多組驅動單元的參數信息，以及一組或者多組動力單元的參數信息。

在步驟202中，控制單元分析獲得的驅動單元參數信息和動力單元參數信息，根據分析結果更新自身的操作系統。

其中，更新的控制系統可以是通過網絡連接服務器進行下載后安裝完成；也可以是通過存儲介質下載安裝完成；還可以通過編譯端口，以特定的編譯下載器完成所述控制系統的更新。

本發明實施例將動力控制系統拆分成了控制單元、驅動單元和動力單元三部分，并且在動態組建形成的智能動力控制系統中，通過控制單元獲取其它單元的參數信息方式更新自身的操作系統，以便能夠適用整個控制系統。改變了固有的設計模式和加工制造模式，使得動力控制系統的組件能夠實現動態組合，智能化控制的效果。

在本發明實施例中，存在一種可選的實現方案，具體的：所述驅動單元連接所述動力單元，用于為動力單元提供驅動力；驅動單元由驅動處理器、驅動電機、驅動臂和第一傳感器組構成；其中，所述驅動處理器、驅動電機和驅動臂之間存在一種或者多種組合形式；

其中，驅動力包括動力單元位置、角度、輸出馬力等因素。例如：所述動力單元中包含船舵時，則相應的驅動力具體包括對于所述船舵的旋轉角度的供力部分；所述動力單元中包含噴泵時，則相應的驅動力具體包括對所述噴泵輸出功率的控制、輸出角度(方向)上的控制。

在本發明實施例中，控制單元除了可以在各驅動單元和動力單元啟動的時候進行控制系統更新以外，為了進一步提高無人船智能動力控制系統運行的穩定性和對于新推出的驅動單元或者動力單元的兼容性，還提出了一種基于上述第一傳感器組和第二傳感器組反饋數據進行控制系統更新的改進方案。具體的，所述驅動單元包括驅動處理器和第一傳感器組；所述動力單元包括動力處理器和第二傳感器組，如圖5所示，所述方法還包括：

在步驟301中，所述控制單元向所述驅動處理器和動力處理發送控制指令。

在本發明實施例中，所述驅動處理器和動力處理器通常采用集成芯片，例如8086微處理器、msp430g2xxx微處理器、由intel或者amd推出的微處理器芯片等等。其作用主要是針對驅動單元和動力單元提供了一種組合形式相關參數信息存儲的區域，能夠在完成系統數據鏈路建立之后，向所述控制單元反饋相應驅動單元或者動力單元的參數信息，使得控制單元能夠依據所述參數信息更新與之匹配的操作系統。

在步驟302中，所述驅動處理器在接收到控制指令后，控制驅動單元內部的驅動電機和驅動臂完成相應指令內容，并接收第一傳感器組反饋的第一監測數據。

在步驟303中，所述動力處理器在接收到控制指令后，控制動力單元內部的主機、傳動裝置、推進裝置完成相應指令內容，并接收第二傳感器組反饋的第二監測數據。

其中，第一傳感器組件和第二傳感器組件各自可以是由轉速傳感器、溫度傳感器、角度傳感器、力矩傳感器和加速度傳感器中的一種或者多種構成。其中，所述第一傳感器組件用于監測驅動電機和驅動臂的相關運動狀態；所述第二傳感器組件用于監測主機、傳動裝置和推進裝置的相關運動狀態。

在步驟304中，所述控制單元在獲取到所述第一監測數據和第二監測數據后，與已發送的控制指令建立映射關系。

其中，所述已發送的控制指令是對應產生所述第一檢測數據和第二檢測數據的對應控制指令。所述映射關系包括對應各類型傳感器監測值，相應類型控制參數值，例如：用于監測螺旋槳轉速的傳感器所反饋的數據，便會與控制指令中對應無人船航行速度的指令建立映射關系。

在步驟305中，所述控制單元根據多組映射關系，確定當前操作系統與當前由控制單元、驅動單元和動力單元建立的動力控制系統之間的匹配度。

這里的匹配度由多個類型的控制參數，以及與之對應類型的傳感器監測數據計算得到，通常可根據設定控制指令中最大控制參數與相應傳感器監測到對應組件的實際參數相比較理論最大可輸出值之間的差距，其對應關系是差距越大匹配度越低。

相比較本發明實施例中提出的步驟201-步驟202的方案，本發明實施例進一步完善了控制系統匹配機制，提出了一種基于應用過程中的控制系統適配度反饋機制，使得能夠在減少研發投入的基礎上，能夠基于已經開發的一套或者多套控制系統，衍生出可適用于更多、更復雜的動力控制系統的版本。

在執行完上述步驟305之后，本發明實施例中還提供了一種可行的實現方案，具體闡述如下：

若確定出的匹配度低于預設閾值，則根據所述映射關系建立欠匹配結果，所述欠匹配結果用于后續設計相應的操作系統。

在本發明實施例中，不同的操作系統對應不同的驅動單元類型和動力單元類型的組合，其中，動力單元由主機、傳動裝置、推進裝置和第一組傳感器構成，其組合形式中：

主機為柴油發動機、汽油發動機和電動機中的一種或者多種；傳動裝置為：一種或者多種不同型號的齒輪箱；所述推進裝置為：噴泵、螺旋槳中至少一種；

動力處理器、主機、傳動裝置、推進裝置和第二傳感器組構成，其組合形式中，驅動電機和驅動臂具體為：集成式的電動缸；或者，液壓泵和液壓缸的組合模式。

值得說明的是，上述裝置和系統內的模塊、單元之間的信息交互、執行過程等內容，由于與本發明的處理方法實施例基于同一構思，具體內容可參見本發明方法實施例中的敘述，此處不再贅述。

本領域普通技術人員可以理解實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質中，存儲介質可以包括：只讀存儲器(rom，readonlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。