[发明专利]一种仿生鱼型机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，尤其涉及一种仿生鱼型机器人控制系统。

背景技术

当前水下机器人ROV种类多样，但是大多数都有共同的特点：使用螺旋桨推进方式作为推进系统。或使用有线电缆进行机器人的遥控、数据传输及机器人的回收。前者工作时具有较大的噪声，同时推进效率较为低下，运动模式单一，难以完成水下灵活复杂的动作。后者由于使用有线电缆，将会限制水下机器人本体的运动范围以及运动能力。同时，由于线缆的老化，可能会对水下机器人本体的水密性以及通信的可靠性照成极大威胁。现有ROV机器人单独使用微控制器控制板进行机器人控制或者单独使用嵌入式工控板进行控制。前者的运算能力低下，对于图像视频等大数据量信息处理无法应对。后者计算能力较强但是对于底层传感器数据采集以及电机控制的实时性较差；微控制器运行频率较低，大量的计算耗费时间较多。嵌入式工控板中的处理器运行频率较高能在短时间内完成大量复杂的计算指令。但是后者运行操作系统后由于系统内时钟通常为毫秒级，实时响应能力较低；现有水下机器人运动方式多为单一的螺旋桨推进方式，使用该推进方式的水下机器人难以实现在水中零半径转弯且该种方式会产生较大的电磁噪声，不利于设备的隐蔽。

综上所述，现有ROV机器人存在运算能力低下，对于图像视频等大数据量信息处理无法应对；对于底层传感器数据采集以及电机控制的实时性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生鱼型机器人控制系统，旨在解决现有ROV机器人存在运算能力低下，对于图像视频等大数据量信息处理无法应对；对于底层传感器数据采集以及电机控制的实时性较差的问题。

本发明是这样实现的，一种仿生鱼型机器人控制系统，所述仿生鱼型机器人控制系统分为上层、中间层和底层；

所述上层为PC上位机；所述中间层为嵌入式工控板，所述底层为微控制器板；

PC上位机，用于接收实时回传图像以及机器鱼本体的运动规划参数的解算和发送、读取，以及水质传感器采集的水质信息显示记录；

嵌入式工控板，安装于机器鱼本体中，完成视频的实时采集并将采集的视频信息通过WIFI回传至地面站PC，同时嵌入式工控板中运行的图像处理算法(用于矫正摄像头在水中获取到的畸变的图像，然后提取处理后的图像中的特定目标物体，目标物体可人为设定)可完成离线的特征点识别并用于寻找和标定目标事物；通过IIC总线与底层控制板以及惯导单元进行通信，记录机器人本体的实时运动数据并完成自动巡航、自动返航的功能；将来自地面站PC的控制参数经过运算转换(将适合人类阅读理解的运动参数如方向、速度等转化为用于直接控制电机及其它执行机构的参数如控制电压的波形占空比等)为底层控制所需的参数并打包发至微控制器板；

底层控制板，通过IIC总线与嵌入式工控板通讯，用于采集IR传感器的距离信息，压力传感器的深度信息、水质传感器的水质信息；并对其进行预处理(获取传感器直接的电压数据，并将获取的电压数据转换为距离数据、压力的大小以及水质的指标，同时将上述传感器信息用于障碍物的探测算法、水深的计算以及当前环境水质的预测等)，将可用参数返回至嵌入式工控板；同时底层控制板接收来自嵌入式工控板的运动控制参数，通过在微控制器板内运行的仿生推进算法(主要功能为将自然界中鱼类躯干在水中游动的姿态数字为离散的曲线波形，同时拟合除了其运算方程组，本算法中只需控制12个参数便可模拟出自然界中大多数鱼类躯干游动的姿态)解算控制电机所需的控制量以完成电机的实时控制。

进一步，所述底层控制板通过串行通讯的方式与170Mhz无线通信单元连接，通信速率上限40kpbs，用于运动参数的实时交换。

进一步，所述嵌入式工控板，微控制器板使用IIC总线通讯，挂载128个以内传感器或控制单元。

进一步，所述嵌入式工控板与地面站PC通过WIFI通信，微控制器与地面站使用170Mhz通信。

进一步，所述仿生鱼型机器人控制系统包括：单目相机、惯导模块、压力传感器、北斗定位传感器、IR传感器、伺服电机、地面站PC、电机驱动、嵌入式工控板、ARM微控制器；

单目相机与嵌入式工控板有线连接，惯导模块、压力传感器、北斗定位传感器与嵌入式工控板连接，嵌入式工控板与地面站PC7无线通信，ARM微控制器与IR传感器和电机驱动连接，电机驱动与伺服电机连接。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述仿生鱼型机器人控制系统的水下机器人。