[發明專利]一種仿生魚型機器人控制系統

有效

• 申請號: 201710053279.3
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106826875B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 梁新;王成才;何宇帆;李申堂;戴磊;肖琳;張克雷
• 申請（專利權）人: 中電科海洋信息技術研究院有限公司
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00;B25J9/16;G01N33/18
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理有限公司 11435
• 代理人: 陳姍姍

技術領域

本發明屬于水下機器人技術領域，尤其涉及一種仿生魚型機器人控制系統。

背景技術

當前水下機器人ROV種類多樣，但是大多數都有共同的特點：使用螺旋槳推進方式作為推進系統。或使用有線電纜進行機器人的遙控、數據傳輸及機器人的回收。前者工作時具有較大的噪聲，同時推進效率較為低下，運動模式單一，難以完成水下靈活復雜的動作。后者由于使用有線電纜，將會限制水下機器人本體的運動范圍以及運動能力。同時，由于線纜的老化，可能會對水下機器人本體的水密性以及通信的可靠性照成極大威脅。現有ROV機器人單獨使用微控制器控制板進行機器人控制或者單獨使用嵌入式工控板進行控制。前者的運算能力低下，對于圖像視頻等大數據量信息處理無法應對。后者計算能力較強但是對于底層傳感器數據采集以及電機控制的實時性較差；微控制器運行頻率較低，大量的計算耗費時間較多。嵌入式工控板中的處理器運行頻率較高能在短時間內完成大量復雜的計算指令。但是后者運行操作系統后由于系統內時鐘通常為毫秒級，實時響應能力較低；現有水下機器人運動方式多為單一的螺旋槳推進方式，使用該推進方式的水下機器人難以實現在水中零半徑轉彎且該種方式會產生較大的電磁噪聲，不利于設備的隱蔽。

綜上所述，現有ROV機器人存在運算能力低下，對于圖像視頻等大數據量信息處理無法應對；對于底層傳感器數據采集以及電機控制的實時性較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種仿生魚型機器人控制系統，旨在解決現有ROV機器人存在運算能力低下，對于圖像視頻等大數據量信息處理無法應對；對于底層傳感器數據采集以及電機控制的實時性較差的問題。

本發明是這樣實現的，一種仿生魚型機器人控制系統，所述仿生魚型機器人控制系統分為上層、中間層和底層；

所述上層為PC上位機；所述中間層為嵌入式工控板，所述底層為微控制器板；

PC上位機，用于接收實時回傳圖像以及機器魚本體的運動規劃參數的解算和發送、讀取，以及水質傳感器采集的水質信息顯示記錄；

嵌入式工控板，安裝于機器魚本體中，完成視頻的實時采集并將采集的視頻信息通過WIFI回傳至地面站PC，同時嵌入式工控板中運行的圖像處理算法(用于矯正攝像頭在水中獲取到的畸變的圖像，然后提取處理后的圖像中的特定目標物體，目標物體可人為設定)可完成離線的特征點識別并用于尋找和標定目標事物；通過IIC總線與底層控制板以及慣導單元進行通信，記錄機器人本體的實時運動數據并完成自動巡航、自動返航的功能；將來自地面站PC的控制參數經過運算轉換(將適合人類閱讀理解的運動參數如方向、速度等轉化為用于直接控制電機及其它執行機構的參數如控制電壓的波形占空比等)為底層控制所需的參數并打包發至微控制器板；

底層控制板，通過IIC總線與嵌入式工控板通訊，用于采集IR傳感器的距離信息，壓力傳感器的深度信息、水質傳感器的水質信息；并對其進行預處理(獲取傳感器直接的電壓數據，并將獲取的電壓數據轉換為距離數據、壓力的大小以及水質的指標，同時將上述傳感器信息用于障礙物的探測算法、水深的計算以及當前環境水質的預測等)，將可用參數返回至嵌入式工控板；同時底層控制板接收來自嵌入式工控板的運動控制參數，通過在微控制器板內運行的仿生推進算法(主要功能為將自然界中魚類軀干在水中游動的姿態數字為離散的曲線波形，同時擬合除了其運算方程組，本算法中只需控制12個參數便可模擬出自然界中大多數魚類軀干游動的姿態)解算控制電機所需的控制量以完成電機的實時控制。

進一步，所述底層控制板通過串行通訊的方式與170Mhz無線通信單元連接，通信速率上限40kpbs，用于運動參數的實時交換。

進一步，所述嵌入式工控板，微控制器板使用IIC總線通訊，掛載128個以內傳感器或控制單元。

進一步，所述嵌入式工控板與地面站PC通過WIFI通信，微控制器與地面站使用170Mhz通信。

進一步，所述仿生魚型機器人控制系統包括：單目相機、慣導模塊、壓力傳感器、北斗定位傳感器、IR傳感器、伺服電機、地面站PC、電機驅動、嵌入式工控板、ARM微控制器；

單目相機與嵌入式工控板有線連接，慣導模塊、壓力傳感器、北斗定位傳感器與嵌入式工控板連接，嵌入式工控板與地面站PC7無線通信，ARM微控制器與IR傳感器和電機驅動連接，電機驅動與伺服電機連接。

本發明的另一目的在于提供一種利用所述仿生魚型機器人控制系統的水下機器人。