[发明专利]基于体感技术机械臂与虚拟现实技术的水下机器人环境交互系统

说明书

本发明公开连一种基于体感技术机械臂与虚拟现实技术的水下机器人环境交互系统，属于水下机器人与水下航行器领域。该系统包括双目鱼眼摄像头，机械臂系统，数据手套系统，VR眼镜；所述的双目鱼眼摄像头与机械臂系统搭载在水下航行器平台上，为整个系统的环境交互部分。VR眼镜与数据手套系统为用户端；双目鱼眼摄像头为水下机器人的环境观测设备，主要负责水下机器人的图像信息采集；机械臂系统为水下机器人的主要环境交互设备，主要负责水下机器人的环境交互与相关作业。VR眼镜为用户的图像接收设备，主要负责用户携带之后对环境进行观测。数据手套作为用户的手部动作接收设备，负责对用户手部的动作信息进行接收。本发明使用体感技术与虚拟现实技术结合，使机器实时模拟人的操作模式，且为用户呈现出较为真实的水下环境与真实的控制体验。

所属领域

本发明是涉及水下机器人与水下航行器领域，特别是水下机器人与环境的交互方法。

背景技术

水下无人航行器UUV(Unmaned Undersea Vehicle)由于其成本低、安全等优势在现如今科技飞速发展的大环境下也拥有一个很好的发展前景和很大的发展空间。在二战结束以后，欧美等发达国家在军事方面就开始针对其侦察、挂载以及用作标靶等功能进行开发，并且军用与民用相结合开发其经济价值，如今也在多方面取得较大的进步。而在我国，水下航行器也取得了不小的成就，通过航行器与潜水艇的配合可以达成较好的战略效果。

水下无人航行器UUV主要包括遥控航行器ROV(Remotely Operated Vehicle)和自主式水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)。而对于前者则需要涉及到操作员与航行器之间的互动。本文主要研究对于人机交互之间的信息传输优化问题。传统的图像传递方式大多是通过水下摄像头以及探照灯获取环境图像，并通过有线电缆进行图像传输。而后再利用平台进行图像处理以获取所需要的信息。为了增强操作者对视觉环境的深刻把握以及对水下环境更多因素、信息的汲取，本文利用体感交互技术与水下航行器相结合的方式进行对水下信息的汲取和视觉的控制。通过查阅资料，发现该种方式在国内还属空白，进行详细分析。

参考文献：

水下无人航行器发展研究 西北工业大学 李波 2001年10月

自主水下航行器的光视觉认知技术研究 哈尔滨工程大学 王博 2017年3月

基于DSP的水下移动平台图像处理系统研究 燕山大学 张泽

国外海洋无人航行器的发展现状及趋势 代威1，张雯2，张沥1，解春雷1，惠俊鹏1(1.中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076；2.北京宇航系统工程研究所，北京 100076)

战用无人系统的现状与发展趋势 水雷战与舰船防护(期刊) 2014年11月

发明内容

发明目的

在水下高精度操作中，由于水下环境的不确定性与环境干扰较大，使水下机器人在使用传统摄像头时，观测效果不好。并且使用机械臂操作时，控制较为复杂且不直观，使前时也需要大量练习，操作也易失误。本发明目的是让控制者更加直观，全面的观测水下环境，让控制者身临其境。操作机械臂时更加简便且完全直观的进行指定操作，且更加容易上手操作。

由于水下环境的不确定性与干扰较大，人员下水作业的危险性，为了解决用户对水下机器人机械臂控制较难，水下机器人对环境的观测较难。本发明通过使用全景摄像头与VR眼镜作为水下机器人的环境观测设备与用户的显示设备，使用户可以360度的查看水下环境，且更加直观的沉浸式观测。通过，使用数据手套记录控制者手部的动作并使用机械臂进行模拟，使用户对机械臂的控制更加的简便，无需专业培训即可操作。

技术方案