返航方法、装置、水面行驶设备和存储介质与流程

1.本发明涉及导航寻路领域，尤其涉及一种返航方法、装置、水面行驶设备和存储介质。


背景技术：

2.在水产养殖劳动力成本都不断上涨的情况下，为了能有效地减少虾类养殖过程中的劳动力使用量，降低劳动力成本，水产养殖机器人在养殖过程不放水和无人看管的情况下，通过对工作环境进行建图，智能规划路径，结合相应传感器对机器人行走距离与转过角度进行检测并完成自主导航，针对不同的工作场景全方位全自动完成自适应智能投喂，水体清洁清淤，水质监测等虾塘养殖任务。在执行完任务时，需要能自动回到船坞，减少人力成本，但是现有技术并不能很好的保证机器人的稳定，并且因为各种环境原因，使得导航方法并不准确。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供一种返航方法，应用于水面行驶设备，包括：
4.响应返航指令，控制所述水面行驶设备朝向船坞入口所在方向偏转，并测量偏转后的当前航向角；
5.计算最大航向角与当前航向角的差是否在预设区间内；
6.若不在所述预设区间内，则对应调整所述水面行驶设备的航向角，直至最大航向角与调整后的航向角的差在所述预设区间内；
7.控制所述水面行驶设备向前行驶并靠近岸边，然后开始沿岸行驶进入船坞。
8.进一步的，所述控制所述水面行驶设备向前行驶并靠近岸边包括：
9.实时探测所述水面行驶设备与前方岸边的前方距离，当所述前方距离小于探测距离，则将行驶速度变为慢速行驶；
10.确定所述水面行驶设备没有接近岸边；
11.若没接近岸边，则继续慢速行驶，若接近岸边，则将所述水面行驶设备原地转向，使得所述水面行驶设备和岸边平行。
12.进一步的，所述水面行驶设备设置有激光测距传感器和超声波传感器；
13.所述激光测距传感器设置在所述水面行驶设备船头位置的中央，用于探测所述前方距离；
14.所述超声波传感器包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器设置在所述水面行驶设备的船头位置偏向第一方向，探测方向朝前，所述第二超声波传感器设置在所述水面行驶设备船身第一方向，探测方向朝向所述第一方向。
15.进一步的，所述沿岸行驶进入船坞包括：
16.若所述第一超声波传感器或者所述第二超声波传感器探测到岸边，则控制所述水面行驶设备原地转向，使得所述第二超声波传感器所在一侧朝向岸边；
17.控制所述水面行驶设备和岸边保持预设距离，使得所述水面行驶设备沿岸行驶并进入所述船坞。
18.进一步的，所述控制所述水面行驶设备和岸边保持预设距离包括：
19.当所述第一超声波传感器探测到岸边时，控制所述水面行驶设备以第一预设角度和第二方向原地转向；
20.当所述第一超声波传感器没探测到岸边时，检测所述第二超声波传感器是否探测到岸边；
21.当所述第二超声波传感器探测到岸边时，控制所述水面行驶设备按照第一预设角度和第二方向转弯前进；
22.当所述第二超声波传感器没探测到岸边时，控制所述水面行驶设备直行。
23.进一步的，所述预设区间包括上边界值和下边界值；
24.所述上边界值的取值范围为30至50度之间；
25.所述下边界值的取值范围为5至20度之间。
26.进一步的，所述最大航向角为经过所述船坞沿岸的入口位置与所述水面行驶设备的作业区域的内接圆所形成的切线计算得到；
27.所述切线的切点位于所述船坞沿岸的入口朝向相反的一侧。
28.本技术还提供一种返航装置，应用于水面行驶设备，包括：
29.转向模块，用于响应返航指令，控制所述水面行驶设备朝向船坞入口所在方向偏转，并测量偏转后的当前航向角；
30.测量模块，用于计算最大航向角与当前航向角的差是否在预设区间内；
31.调整模块，用于若不在所述预设区间内，则对应调整所述水面行驶设备的航向角，直至最大航向角与调整后的航向角的差在所述预设区间内；
32.控制模块，用于控制所述水面行驶设备向前行驶并靠近岸边，然后开始沿岸行驶进入船坞。
33.进一步的，本技术还提供一种水面行驶设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的返航方法。
34.进一步的，本技术还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的返航方法。
35.本发明实施例公开了一种返航方法、装置、水面行驶设备和存储介质，应用于水面行驶设备，该方法包括：响应返航指令，控制所述水面行驶设备朝向船坞入口所在方向偏转，并测量偏转后的当前航向角；计算最大航向角与当前航向角的差是否在预设区间内；若不在所述预设区间内，则对应调整所述水面行驶设备的航向角，直至最大航向角与调整后的航向角的差在所述预设区间内；控制所述水面行驶设备向前行驶并靠近岸边，然后开始沿岸行驶进入船坞。使得水面行驶设备可以自动的找到较短的路径回到船坞，节省返航时间，节省燃料，实现整个返航过程的自动化，精确化，并且所需设备便宜。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明
保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
37.图1示出了本技术实施例一种返航方法流程示意图；
38.图2示出了本技术实施例一种返航方法情景图示；
39.图3示出了本技术实施例沿岸返航方法流程示意图；
40.图4示出了本技术实施例一种传感器安置结构示意图；
41.图5示出了本技术实施例一种返航装置结构示意图。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
45.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
47.本技术的技术方案可以应用在如虾塘、鱼塘等具有边界的水域区域的水面行驶设备上，该水面行驶设备可以是传统的吸污船、或者水上行走机器人等，主要是提供自动化的回船坞功能，使得在吸污船以及对应的吸污机器人可以在结束作业后，以尽可能短且安全的路线，回到船坞。接下来以具体实施例来解释本技术的技术方案。
48.实施例1
49.如图1，所示本实施例的返航方法包括以下步骤：
50.步骤s100，响应返航指令，控制所述水面行驶设备朝向船坞入口所在方向偏转，并测量偏转后的当前航向角。
51.本实施例以吸污船为例，进行说明。
52.对于在池塘中进行作业的吸污船来讲，返航时，都会处在作业区域中的任何一个位置，而吸污区域在池塘的中央，则对于吸污船来讲，是从中央的某个位置回到船坞，如图2所示，船坞的入口可能朝着池塘的顺时针方向、逆时针方向和池塘中心方向。
53.若是船坞入口朝着池塘中心方向，则只需要找到船坞相对吸污船的方向，吸污船
直行即可。
54.若是船坞入口朝着池塘顺时针方向或者逆时针方向，则吸污船首先需要找到一个适合的角度。
55.如图2所示，以船坞入口朝向逆时针方向为例，如果吸污船的航向角太大，则会行驶到船坞背面，显然是找不到入口的，因此需要吸污船照着船坞入口朝向的那一侧进行偏转。
56.船坞的位置是固定的，入口朝向是已知的，因此吸污船想要经过船坞入口进入船坞，必然是要沿着池塘顺时针方向行走，则其偏转后，船头朝向的延长线和岸边的焦点必然是距离船坞入口越近越好，为了能评估转向角度是否适合，通过测量当前的航向角，来确定当前吸污船的朝向。
57.航向角为吸污船中心轴线和北方的夹角，该角度可以通过地磁传感器来获得。
58.步骤s200，计算最大航向角与当前航向角的差是否在预设区间内。
59.得到航向角后，需要知道当前航向角的角度是否合适，为此需要先计算到最大航向角。
60.最大航向角为经过所述船坞沿岸的入口位置与所述水面行驶设备的作业区域的内接圆所形成的切线计算得到，具体参照图2，所述切线的切点位于所述船坞沿岸的入口朝向相反的一侧。
61.具体来说，当船坞入口朝向右侧，入口位置和吸污区域内接圆可以形成两条切线，同时相对船坞，也会产生一左一右两个切点，则本技术选取经过左侧的切点所形成切线与北方所形成的夹角来确定最大航向角。同样，若船坞的入口朝向左侧，则选取经过右侧的切点所形成的切线与北方所形成的夹角来确定最大航向角。
62.在得到了最大航向角后，便根据实际的应用场景设置最大裕量δ和最小裕量δ，以最大裕量δ和最小裕量δ分别作为预设区间的上边界值和下边界值。
63.其中最大裕量δ和最小裕量δ根据池塘实际大小、船坞大小等因素设置。以最小裕量δ15度，最大裕量δ40度为例，则本步骤要判断最大航向角与当前航向角的差是否处在[15
°
，40
°
]这个区间内。
[0064]
参照图2可知，当最大航向角与当前航向角的差小于最小裕量时，吸污船向前行驶会来到船坞背面，无法找到船坞入口，例如实际操作中，船本身的航向控制误差；以及环境干扰(如大风、波浪等)使得船行驶方向存在偏差。所以通过设立最小裕量，确保不会行驶到船坞背面。
[0065]
当最大航向角与当前航向角的差大于最大裕量时，其会需要经过更长的距离才能沿着岸边行驶回船坞，浪费回程时间和燃料，因此通过设置合理的最大裕量δ和最小裕量δ，以控制吸污船的航向角在一个合理的范围内，使得吸污船可以尽量以更短的路径回到船坞。
[0066]
步骤s300，若不在所述预设区间内，则对应调整所述水面行驶设备的航向角，直至最大航向角与调整后的航向角的差在所述预设区间内。
[0067]
当最大航向角与当前航向角的差不在预设区间内时，则需要调整吸污船的航向角，使得最大航向角与当前航向角的差落在区间中。
[0068]
具体而言，当最大航向角与当前航向角的差小于最小裕量时，代表当前航向角太
大了，需要调小一点，以图2的情景就需要控制吸污船朝左原地转向。
[0069]
当最大航向角与当前航向角的差大于最大裕量时，代表航向角偏小，需要扩大航向角，以图2的情景就需要控制吸污船朝右原地转向。
[0070]
通过上述调整，使得吸污船的航向角在一个合适的角度。
[0071]
步骤s400，若在所述预设区间内，则控制所述水面行驶设备向前行驶并靠近岸边，然后开始沿岸行驶进入船坞。
[0072]
当最大航向角与当前航向角的差在预设区间内时，则可以控制吸污船向前行驶，开始返航，吸污船会先靠近岸边，然后再沿着岸边行驶，从船坞入口回到船坞。以图2为例，则是吸污船在靠近岸边后，向右偏转，使得吸污船左侧朝向岸边，右侧朝着池塘中心，沿顺时针方向沿岸行驶，回到船坞。
[0073]
具体的，如图3所示，本步骤还包括以下步骤：
[0074]
步骤s410，实时探测所述水面行驶设备与前方岸边的前方距离，当所述前方距离小于探测距离，则将行驶速度变为慢速行驶。
[0075]
吸污船会实时探测船头和前方岸边的前方距离，探测该距离的探测器可以是能探测较远距离的激光传感器，如tof测距传感器等。
[0076]
当吸污船和岸边的距离接近到一定距离时，会减速慢行，以确保吸污船有足够的时间在接下来接近岸边足够距离时转向，避免搁浅。
[0077]
其中如图4所示，为本技术吸污船上传感器的设置结构示意图。
[0078]
船头中央设置可以探测距离较远的激光测距传感器200，同时还设置有多个超声波传感器，该多个超声波传感器包括第一超声波传感器110和第二超声波传感器120。
[0079]
第一超声波传感器110设置在所述水面行驶设备的船头位置偏向第一方向，探测方向朝前，所述第二超声波传感器120设置在所述水面行驶设备船身第一方向，探测方向朝向所述第一方向。
[0080]
本实施例中第一超声波传感器110设置在船头的左侧，探测方向朝前，第二超声波传感器120设置在船体的左侧，探测方向朝左。
[0081]
超声波探测器的探测距离比激光测距传感器要短，因此上述的探测距离可以是超声波传感器的有效探测距离的倍数，如2倍或者1.5倍。
[0082]
步骤s420，确定所述水面行驶设备是否接近岸边。
[0083]
若所述超声波传感器探测到了岸边，则确定所述水面行驶设备接近岸边，若所述超声波传感器没有探测到岸边，则确定所述水面行驶设备没有接近岸边。
[0084]
超声波传感器的探测距离较近，因此通过超声波传感器是否探测到岸边，以确定吸污船和岸边的距离。
[0085]
步骤s430，若没接近岸边，则继续慢速行驶，若接近岸边，则将所述水面行驶设备原地转向，使得所述水面行驶设备和岸边平行。
[0086]
若吸污船没接近岸边，则继续慢速行驶，直到超声波传感器探测到了岸边。
[0087]
当若所述第一超声波传感器110或者所述第二超声波传感器120探测到岸边，则控制吸污船原地转向，使得所述第二超声波传感器所在一侧朝向岸边，使得吸污船和岸边处于平行状态，以方便接下来的沿岸行驶。
[0088]
沿岸行驶时，需要控制吸污船和岸边保持预设距离，使得吸污船沿岸行驶并进入
所述船坞，该预设距离可以为超声波传感器的有效探测距离，也可以是在该有效探测距离的基础上，设置的距离。
[0089]
具体而言，当所述第一超声波传感器110探测到岸边时，控制所述水面行驶设备以第一预设角度和第二方向原地转向；
[0090]
当所述第一超声波传感器110没探测到岸边时，检测所述第二超声波传感器120是否探测到岸边；
[0091]
当所述第二超声波传感器120探测到岸边时，控制所述水面行驶设备按照第二预设角度和第二方向转弯前进；
[0092]
当所述第二超声波传感器120没探测到岸边时，控制所述水面行驶设备直行。
[0093]
在本实施例中，第二方向为右，和上述第一方向相反。
[0094]
当所述第一超声波传感器110探测到岸边时，代表吸污船前进的角度可能朝向岸边，继续前进有搁浅的风险，因此需要转向，因此此处的第一预设角度可以较大，例如30至60度之间。
[0095]
第一超声波传感器110没探测到岸边时，代表吸污船和岸边基本平行，此时需要检测第二超声波传感器120是否探测到岸边，当所述第二超声波传感器120探测到岸边时，代表吸污船和岸边的距离在预设范围之内，则可以维持当前的状态，以较小的角度右转，来沿着岸边向前行驶，这里的第二预设角度小于第一预设角度，例如0至15度之间。
[0096]
当所述第二超声波传感器120没探测到岸边时，则代表吸污船离岸边较远，因为池塘为平面凸形，大多数为圆形或者矩形，所以只要笔直向前行走，迟早会接近岸边，因此不必向左转寻岸，直接直行。
[0097]
通过上述寻岸导航过程，使得吸污船可以沿着岸边行驶，最终从船坞入口进入船坞，本实施例中，船坞入口是朝向整个池塘的逆时针方向的，若是船坞入口朝着顺时针方向，则可以根据相同的逻辑进行导航控制，在此不再赘述。
[0098]
本技术的实施例通过对航向角的测量以及最大航向角的计算，以及最大裕量δ和最小裕量δ的设立，控制水面行驶设备的航向角在一个适当的区间内，使得水面行驶设备在执行完吸污任务后，通过该航向角可以行驶到距离船坞入口更近的岸边附近，然后再通过传感器对岸边的探测，实现寻岸导航，使得水面行驶设备通过沿岸行走回到船坞。整个过程全自动化，且不需要gps定位，也不对环境和设备有很高要求，测距所使用的传感器也可以是便宜常见的tof测距传感器和超声波传感器，适合农户使用，降低了成本，也使得整个工作流程自动化，并且可以自我纠错，可以适用于大多数的环境中。
[0099]
实施例2
[0100]
本技术实施例还提供一种返航装置，应用于水面行驶设备，如图5所示，该装置包括：
[0101]
转向模块10，用于响应返航指令，控制所述水面行驶设备朝向船坞入口所在方向偏转，并测量偏转后的当前航向角；
[0102]
测量模块20，用于计算最大航向角与当前航向角的差是否在预设区间内；
[0103]
调整模块30，用于若不在所述预设区间内，则对应调整所述水面行驶设备的航向角，直至最大航向角与调整后的航向角的差在所述预设区间内；
[0104]
控制模块40，用于控制所述水面行驶设备向前行驶并靠近岸边，然后开始沿岸行
驶进入船坞。
[0105]
进一步的，本技术还提供一种水面行驶设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的返航方法。
[0106]
进一步的，本技术还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的返航方法。
[0107]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0108]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
[0109]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0110]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。