[發明專利]一種基于視覺SLAM的水下有纜機器人定位系統及其方法

在審

• 申請號: 202110291303.3
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113190022A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉妹琴;趙恒飛;鄭榮濠;吳爭光;張森林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

1.一種基于視覺SLAM的水下有纜機器人定位系統，其特征在于，包括通過線纜連接的水下有纜機器人和岸上計算機，所述的水下有纜機器人上至少具有控制器、電源模塊、電機驅動模塊以及圖像采集模塊；

所述控制器分別與所述電機驅動模塊和圖像采集模塊連接，用于在接收并解析所述岸上計算機發送的遙控指令后，將所述遙控指令發送給所述電機驅動模塊，還用于在接收并解析所述岸上機器人發送的采集圖像指令后，控制圖像采集模塊進行圖像獲取；

所述電源模塊用于給所述水下有纜機器人供電；

所述電機驅動模塊用于接收所述控制器發送的遙控指令以控制所述水下有纜機器人在水下的運動；

所述圖像采集模塊用于采集所述水下有纜機器人在水下運動時看到的水下圖像；

所述控制器還將所述圖像采集模塊獲取的水下圖像以及在此過程中獲取的時間戳數據發送給所述岸上計算機，用于作為視覺SLAM算法的輸入，輸出水下有纜機器人的位置。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的控制器為樹莓派。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的電源模塊為18Ah鋰電池。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的圖像采集模塊為單目攝像頭。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的岸上計算機裝有Ubuntu系統，并與所述控制器通過UDP協議通信。

6.根據權利要求1所述的一種基于視覺SLAM的水下有纜機器人定位系統，其特征在于，還包括遙控器，所述遙控器與所述岸上計算機電連接，用于發送遙控指令給所述岸上計算機，所述岸上計算機接收并解析該遙控指令后，通過所述線纜將所述遙控指令發送給所述控制器。

7.根據權利要求1所述的一種基于視覺SLAM的水下有纜機器人定位系統，其特征在于，所述的遙控器為羅技G710。

8.一種基于視覺SLAM的水下有纜機器人定位方法，其特征在于，包括：

步驟一：在控制器上分別編寫電機驅動指令等待程序和圖像采集指令等待程序，并將這兩個程序設置為控制器開機自啟動，其中，所述電機驅動指令等待程序用于等待岸上計算機發送的遙控指令，獲取并解析該遙控指令后將和電機驅動模塊進行通信，使得水下有纜機器人根據遙控指令進行相應地運動；圖像采集指令等待程序用于等待和接收岸上計算機發送的圖像采集指令，獲取該指令后將在控制器上運行圖像采集程序；

步驟二：將水下有纜機器人和岸上計算機通過線纜相連，岸上計算機和遙控器相連，并將水下有纜機器人放置于水下；

步驟三：通過岸上計算機發送圖像采集指令，并通過遙控器發出遙控指令控制水下有纜機器人運動；

步驟四：圖像采集程序通過Gstreamer框架進行圖像的獲取以及處理，在該過程中同時獲取圖像幀的時間戳，最后將處理后的圖像數據以及時間戳打包發送給岸上計算機；

步驟五：岸上計算機獲取圖像數據和時間戳后，將圖像實時顯示在屏幕上，方便用戶根據傳回的圖像對水下有纜機器人進行控制；圖像和時間戳將作為視覺SLAM算法的輸入，視覺SLAM算法對圖像進行特征提取和匹配，并利用多視圖幾何原理求出水下有纜機器人的位姿。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的時間戳為Unix時間戳，精度為微秒。

10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述圖像的分辨率為640*480，幀率為30幀每秒。