[发明专利]一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统及方法

权利要求书

1.一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统，包括用户控制系统、摄像头随动系统和信号传输系统，其特征在于：

所述用户控制系统包括VR眼镜、头部姿态感应模块和上位机；头部姿态感应模块上由嵌入式单片机STM32ZET6和GY-87传感器组成，通过USB转RS232串口线与上位机相连接；上位机是采用QT开发的人机交互界面，上位机与VR眼镜通过HDMI线进行连接；

所述摄像头随动系统包括两自由度云台、主控模块和摄像头；主控模块利用嵌入式处理器运行嵌入式Linux操作系统，主控模块对图像信号进行采集并利用TCP/IP通信协议发送视频信号以及接收用户控制信号；主控模块与两自由度云台进行连接并对其进行控制；

所述信号传输系统为半有缆设计，包括线缆、浮标和无线转接装置；浮标漂浮在水面与线缆相连且可拖动，浮标通过WIFI连接至用户上位机；摄像头搭载在水下机器人密封舱室前端并采集前方的图像信息，采集的图像信息经过主控模块再通过线缆传递至无线转发装置，然后将图像信息发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统，其特征在于：所述的GY-87传感器内部集成了三轴陀螺仪、三轴数字加速度计、三轴磁阻传感器以及数字压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统，其特征在于：嵌入式单片机通过I2C通信模块和USB转RS232串口线来读取原始传感器数据和向上位机发送经过姿态解算后角度数据；姿态解算后会得到航向角、俯仰角和横滚角的大小，实际应用中只需要航向角和俯仰角就可以准确描述用户头部姿态。

4.根据权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统，其特征在于：所述两自由度云台用来模拟人们抬头和摇头两个方向的运动。

5.根据权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统及方法，其特征在于：所述的摄像头为免驱双目摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统，其特征在于：所述的主控模块将接收到的头部姿态信息通过USB转RS232串口线发送至步进电机控制板，步进电机控制板对姿态信息进行整合计算出完整的角度大小进而产生控制信号，通过驱动器使步进电机转动相应的角度；所述的步进电机控制板产生控制信号包括步进电机的脉冲信号、方向信号。

7.根据权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制随动系统，其特征在于：所述的半有缆设计是将无线通信模块内置于浮标内，将视频信号无线传输至用户端，将控制信号通过线缆传输至主控模块，浮标可漂浮在水面受水下机器人拖动。

8.基于权利要求1所述的一种应用于水下机器人的视觉远程控制方法，其特征在于，所述包括以下步骤：

步骤1，搭载在水下机器人密封舱室前端的摄像头采集前方的图像信息，并经过主控模块，通过线缆传递至无线转发装置，然后将图像信息发送至上位机；

步骤2，在上位机接受到图像信息后，将图像呈现在操作者所佩戴的VR眼镜上；

步骤3，初始化后用户接受到的都是水下机器人正前方的图像信息，用户可根据自身视觉需要进行头部转动；用户佩戴的姿态感应模块会检测出头部转动的姿态信息，通过上位机将姿态信息通过信号传输系统发送至主控模块，此时步进电机控制板会根据主控模块通过USB转RS232串口线发送的姿态信息产生控制信号，控制步进电机转动，进而驱动云台带动摄像头做相应角度的转动，实现摄像头与用户之间的“零距离”随动；

步骤4，上位机实时接收主控模块采集的图像信息，操作者就可以实时通过头部运动调整摄像头位置，观看到自己想要看到的任意位置的画面。