[发明专利]一种多水下机器人协作控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是关于一种多水下机器人协作控制系统。

背景技术

多机器人协作控制是当今机器人领域的一个热点问题。在机器人技术领域，当单个机器人难以独立完成任务时，为了弥补个体能力的不足，人们通常采用多个机器人相互合作来共同完成某项复杂任务。多机器人展现出协调的行为可以极大程度地提高整个系统的效用。相对于单机器人系统，一个相互协调的多机器人系统具有诸多的优越性。首先，多机器人系统在空间、资源、功能上的分布性，使之具有更高的工作效率和更广阔的任务领域；其次，多机器人系统较高的冗余性使之具有更强的容错能力和更高的鲁棒性；另外，相比起设计一个功能强大的独立机器人，建造和应用若干个结构功能简单的机器人更加经济、容易、灵活，并且可以大大地降低成本。

正是由于多机器人系统的诸多优点，多机器人系统的协作问题也日益引起人们的重视，针对各种多机器人协作系统的研究也成为近几年来机器人研究领域的热点，各国的研究者都对多机器人协调控制中的协调和集中、负载分配、运动规划等问题进行了大量的研究。但是目前已取得的成果还主要集中在陆地及空天机器人领域，对于水下多机器人协作的研究，国内外成果寥寥。其中的主要原因在于，水下环境的复杂性和不确定性给系统带来大量的干扰，这些干扰很大程度上降低了控制的效率和准确度。另外，水下环境同时也对单体机器人有着较高的要求，要求机器人本体具有较高的抗压、抗干扰能力和更加准确、鲁棒的感知系统。鉴于以上诸多原因，目前国内外还没有较完善的多水下机器人系统，相关研究也基本处于空白状态。但实际上，随着人类对海洋资源的探索，水下操作任务越来越多，很多水下操作的任务本身就具有较高的复杂性，需要有多个机器人来协作完成。多水下机器人协作系统的研究已经成为一个迫切的任务。

仿生机器鱼是一类典型的水下机器人，它从仿生学的角度，用人造材料模拟生物特征，模拟鱼类的推进方式，使之具有灵活、机动、高效和低噪的特性。但是机器鱼在水中的运动涉及到周围流体环境的动力学和自身的运动学，很难用解析的方法建立一个精准的数学模型，即使有相关模型，也很难用人造材料来实现此类模型。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通用性强、可扩展性强、具有图形化的用户界面、对动态过程进行模拟并提供记录和回放的多水下机器人协作控制系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多水下机器人协作控制系统，其特征在于包括：一控制系统、一图像采集设备、多个水下机器人和电源；所述控制系统包括一主控装置和一无线通信设备，所述主控装置包括计算机、实时显示设备和操作设备，所述主控装置通过所述无线通信设备与各所述水下机器人保持通讯；所述计算机中设置有一图像处理模块、一协作控制模块和一用户界面模块；所述图像处理模块将所述图像采集设备采集的原始图像信息进行预处理和识别，并通过所述用户界面模块在所述实时显示设备上同步显示，同时将处理后的图像信息输送至所述协作控制模块，所述协作控制模块结合所述处理的图像信息和操作者选定的任务进行协调处理，并将处理的结果通过所述无线通信设备向各所述水下机器人模块发出相应的指令；各所述水下机器人内分别设有一机器人控制模块，每一所述机器人控制模块接收所述计算机发出的指令并向相应的所述水下机器人发送指令，同时向所述计算机反馈所述水下机器人的内部状态信息。

所述图像处理模块包括：一图像采集子模块，用于控制所述图像采集设备采集原始图像信息；一图像预处理子模块，其连接所述图像采集子模块，用于依次对所述原始图像信息进行广角失真、叠加衬底、HLS变换、图像分割、图象平滑化的预处理；一图像识别子模块，其连接所述图像预处理子模块，用于将所述预处理的图像信息识别为所述计算机能够识别的信息的模块。

所述协作控制模块包括：一控制算法和决策库子模块，其根据所述图像处理模块输送的图像信息和操作者设定的协作任务计算出相应决策；一载入算法子模块，用于从所述控制算法和决策库子模块中提取决策；一协作控制子模块，其根据所述载入算法子模块输送的决策计算出指令，然后向各所述机器人控制模块发送指令。