[发明专利]一种基于ROS的水下潜航器通信系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于ROS的水下潜航器通信系统和方法，属于信号处理领域。其中，通信系统包括：被设置为ROS节点的上位机、水下潜航器控制模块和视觉传感器；其中，上位机通过话题订阅，实现与用户和水下潜航器控制模块的通信；水下潜航器控制模块通过话题订阅，实现与上位机和视觉传感器的通信。本发明采用ROS进行多个节点的布置，实现了节点与节点之间的通信，减少了通信系统中硬件上的复杂度，相对于已有的技术方案，更加精简；由于本发明采用ROS进行整个系统的通信，现有大量的ROS相关资源可应用于系统中，更便于进行二次开发并且适用性更强。

技术领域

本发明属于信号处理领域，更具体地，涉及一种基于ROS的水下潜航器通信系统和方法。

背景技术

21世纪以来，随着人类科学技术的不断进步与发展，人们对海洋资源的开发和投入也随之增大。海洋拥有丰富的矿产资源、海洋生物资源、可再生能源，是人类社会可持续发展的重要资产。因此，海上技术的发展和相关的竞争已经成为了许多国家的战略要点。水下潜航器是由“无人水下机器人”构成的一组水下系统。无人水下机器人可分为自主式水下机器人和无人遥控潜水器两类。无人遥控器由地面控制站通过电缆或遥控装置对其进行供能、完成操作。它作为海洋作业的重要工具，非常适合用来做水下搜索、调查、识别和打捞作业。

传统的水下潜航器的通信系统使用串行通信接口，上位机通过串行通信接口将手柄数据传输到树莓派，树莓派通过串行通信接口将处理好的数据传输到单片机，单片机对数据进行处理后发送相应的数据给电机模块，控制水下潜航器进行运动。同时对于水下摄像头拍摄到的图像，也需要通过串行通信接口传输到上位机。

目前，已有的水下潜航器的通信系统研究进展如下：《基于CAN总线多主节点结构的自治水下机器人系统》，上海海事大学学报，2010,031(001):39-42，该文献中设计了通信扩展板，采用一种全新的基于双CAN总线的方法实现通信，由于这个方法中增加了通信扩展板的等模块，使整个通信系统变得更加复杂，在水下短距离通信的过程中，成本增加了并且更容易出现问题；《光纤通信在ROV系统应用中的原理概述》，中国化工贸易6.31(2014)，采用光纤进行通信，信号损耗少，传输距离远，通信容量大，但是采用光纤通信增加了整个系统中的模块，使系统更加复杂，并且不易进行排查故障。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于ROS的水下潜航器通信系统和方法，其目的在于解决已有水下潜航器通信系统过于繁琐且可拓展性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于ROS的水下潜航器通信系统，包括：上位机、水下潜航器控制模块和视觉传感器；上位机、水下潜航器控制模块、视觉传感器均被设置为ROS节点；

其中，上位机订阅用于接收用户指令的话题，用户通过向该话题发布数据，实现用户和上位机的通信；上位机还订阅用于接收视觉传感器图像数据的话题，水下潜航器控制模块通过该话题将视觉传感器采集的图像传送到上位机；

水下潜航器控制模块订阅用于接收视觉传感器数据消息的话题，视觉传感器通过该话题将采集到的图像数据传送到水下潜航器控制模块；水下潜航器控制模块还订阅用于接收上位机数据消息的话题，上位机通过该话题将处理好的数据消息发送至水下潜航器控制模块；

上位机，用于接收用户指令，并和水下潜航器进行通信；水下潜航器控制模块，用于对水下潜航器进行运动控制和数据传感；视觉传感器，用于采集水下潜航器的运动过程中的环境图像数据。

进一步地，用户通过手柄与上位机进行通信。

采用手柄能够更加便捷的实现对水下潜航器的运动控制。

进一步地，用户滑动手柄上的轴，手柄对应话题有相应的数据发布。

进一步地，水下潜航器控制模块采用树莓派实现。