無人帆船因為采用風能作為動力來源,相較于其它水面自主航行器來說具有續(xù)航時間長、綠色環(huán)保無污染、可靠性強、人力成本低等優(yōu)勢,因而近些年來成為無人自主水面航行器研究中的焦點。基于此,本文結合ROS機器人操作系統(tǒng),設計并開發(fā)了一套基于ROS的無人帆船控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了無人帆船自主航行以及利用上位機監(jiān)控無人帆船航行數(shù)據(jù)并發(fā)送控制指令的功能。首先,根據(jù)無人帆船的操縱原理,本文完成了無人帆船的系統(tǒng)結構設計,確定了無人帆船的系統(tǒng)構成。其組成包括傳感器系統(tǒng)、導航算法系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、舵控制器、帆控制器、執(zhí)行機構、上位機系統(tǒng)。其次,完成了系統(tǒng)的硬件設計及搭建。確定了傳感器的種類及型號,釆用樹莓派3B+作為主控器,Arduino UNO R3作為副控制器,帆和舵的控制分別由舵機以及收索機完成。主控制器的作用是采集傳感器數(shù)據(jù)并規(guī)劃航線、利用控制算法生成舵和帆的控制指令并完成與上位機的通信。副控制器的作用是采集數(shù)據(jù)并驅動舵機和收索機、接收遙控器信號并切換航行模式。然后,在樹莓派3B+中安裝ROS并完成節(jié)點設計以及程序編寫,包括獲取傳感器數(shù)據(jù)、實現(xiàn)控制算法以及導航算法、完成與上位機的雙向數(shù)據(jù)通信等;在Ardu... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＳＢ?Ｍｅｔ號無人帆船??：?Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｓａｉｌｂｏａｔ?ｏｆ?ＳＢ?Ｍｅｔ??圖１．２是其參加２０１８年跨大西洋挑戰(zhàn)賽所留下的航行軌跡

?基于ＲＯＳ的無人帆船自主航行控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)???ＳＢ?Ｍｅｔ號帆船的船體以及主帆由復合材料制成，利用攜帶的太陽能電池板以及鋰??電池供電，主要的傳感器包括ＧＰＳ、超聲波風速計、回聲探測儀、氣象站、波浪傳感??器等，利用衛(wèi)星通信回傳航行數(shù)據(jù)。圖１．１是ＳＢ?Ｍｅｔ號無人帆船在海上航行的畫面。??圖１．１?ＳＢ?Ｍｅｔ號無人帆船??：?Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｓａｉｌｂｏａｔ?ｏｆ?ＳＢ?Ｍｅｔ??圖１．２是其參加２０１８年跨大西洋挑戰(zhàn)賽所留下的航行軌跡。??Ｒｅｒ＜＞Ｊ？ｖｉｌｃ?—??ｆ＾ｘｏｒ?ｊｍａｎｍ?ＳＷＥＤＥＮ??％／?■?：一一??Ｌ＾ｓ：ｒｒ?＾?％?Ｒ??Ｌｉｂ：?ｉ?ｄｏ?ｖ?ｋ?Ｓ．?Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ??￣?．：：：：??ｉＨｆｌＡＳｊ．?Ａｍｓｔｅｒｄａｍ?．?Ｂｅｒｌｉｎ，?Ｗ？ｉａｗ??８ｉｆＴＴ？ｎｇｈａｍ?Ｍ７＊ｈ，?ＧＥＲＭＡＮＹ??＼?＇賽，＇?心．％?．ｒ—??Ａ?５ｔｗｎｇａｒｔ？，，?．Ｖｉｃｔｉｍｓ??氣：龜１??Ｓｒ?．Ｉ＇ｊｒ?：?１?．．．?ＭｏｎａｋＯ＾?＇Ｉ＊＊？??４＇?．?。＇―?祕．?一．《私；??ｒｔ，ｋＭ?〇?Ｒ?Ｔ?Ｈ?Ａ?ｒ?ｌ?Ａ?Ｔ?／?Ｃ?Ｏ?ｒ?ｌ＇?Ａ?，＼?：？：：?：?！＆２Ｔ?？〇＊，－“，?ｂ－ｔｃｈｏｏ．?？＿＊，＊＂？，？？??＾?＞?ｖ＾．?＾??圖１．２?ＳＢ?Ｍｅｔ航行軌跡??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ＳＢ?Ｍｅｔ??４??

???大連海事大學專業(yè)學位碩士學位論文???２理論基礎及系統(tǒng)方案設計??本章首先介紹無人帆船的組成以及操縱原理，通過對帆船操縱原理的探宄提出無人??帆船的系統(tǒng)結構方案并進行控制系統(tǒng)方案設計，最后對所涉及的關鍵技術進行詳細介??紹。??２．１無人帆船組成及操縱原理??帆船航行時主要依靠舵和帆兩大系統(tǒng)，風作用于帆產(chǎn)生的氣動力推動帆船前進，舵??作用于水產(chǎn)生的水動力控制帆船轉向。為了使無人帆船具有沿期望航向航行或者跟隨期??望坐標點的能力，關鍵在于控制好帆和舵。據(jù)此無人帆船的控制可簡單歸納為控制帆位??角使帆保持在合適的位置以獲得最大推力、控制舵角使舵轉動到相應的位置以控制無人??帆船的航向。??２．１．１無人帆船組成??通常一艘典型的帆船主要由以下幾個部分組成：主帆、主桅桿、副帆、船體、穩(wěn)向??板、舵、帆桁以及帆索％。??主桅桿??－■■??帆村ｆ?／?＼??廠＾向板??Ｃ?＞??圖２．１無人帆船組成??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｐａｒｔｓ?ｏｆ?Ｕｎｍａｎｎｅｄ?ｓａｉｌｉｎｇ?ｂｏａｔ??７??


本文編號：3037295