[发明专利]一种基于风能驱动的无人船及其航行控制方法

权利要求书

1.一种基于风能驱动的无人船，包括船体，船体的尾部设有舵，船体内设有航行控制系统，其特征在于：所述的船体上设有桅杆，桅杆上设有主帆和前帆；本无人船还包括太阳能供电系统、环境感知设备和定位装置；其中，

所述的太阳能供电系统包括太阳能电池板和储能装置，储能装置的输出端分别与环境感知设备、定位装置和航行控制系统连接；

所述的环境感知设备包括激光雷达、雷达、红外摄像头、风向风速传感器，其中激光雷达设置在船体艏部的自稳云台上，雷达和红外摄像头设置在桅杆顶部，风向风速传感器设置在桅杆上；

所述的航行控制系统包括用于根据环境感知设备采集的信息、定位装置的实时定位信息、以及预设的任务重点位置规划路径的船载处理器，以及用于根据船载处理器的结果控制主帆、前帆与风向之间的角度和舵角的PID控制器。

2.根据权利要求1所述的基于风能驱动的无人船，其特征在于：所述的太阳能电池板设置在主帆、前帆和/或船体的甲板上。

3.一种权利要求1所述的基于风能驱动的无人船的航行控制方法，其特征在于：它包括：

根据输入的任务重点位置和定位装置获取的船体当前所在位置，规划船体的航行路径；

根据规划的航行路径，结合船体实时的航向和航速、风向，根据伯努利效应，计算得出船体按照航行路径航行时主帆、前帆分别与风向之间的角度，同时实时获取风向与船体的航行路径的角度偏差值，通过PID控制器实时调整主帆、前帆与风向之间的角度以及舵角；

当有碍航物出现时，利用人工势场理论，计算碍航物的斥力场分布范围，并与所规划的航行路径相比较，若碍航物斥力场分布范围波及到航行路径，则利用A^*算法计算一条避开碍航物的最短路径，避开碍航物之后，重新回到原航行路径上继续航行。