[发明专利]一种基于三维视觉的鱼缸清洗机器人运动控制装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于三维视觉的鱼缸清洗机器人运动控制装置及控制方法，所述的控制装置包括前面板和后面板，前、后面板可组装在一起组成控制装置的外壳，在外壳内安装双目视觉模组，该双目视觉模组的镜头探出前面板外，此外还在外壳内安装电路板，在电路板上设置中央处理器CPU、图形处理器GPU和通信模组，上述的双目视觉模组、GPU和通信模组均与CPU电连接并受其控制，在后面板上安装为控制装置内各部件供电的电源接口。本发明所公开的控制装置，将计算机双目视觉技术和数字图像处理算法结合应用于对鱼缸清洗机器人的运动控制，可以标定鱼缸清洗机器人在鱼缸中的精确位置、距障碍物的距离、并判断其运动状态。

技术领域

本发明属于水下清洗机器人领域，特别涉及该领域中的一种基于三维视觉的鱼缸清洗机器人运动控制装置及控制方法。

背景技术

现有的鱼缸清洗机器人分为两种：一种是依靠磁吸，机器人在鱼缸外，擦洗装置在鱼缸内，两者通过永磁体隔着玻璃吸在一起。这种机器人只能擦洗鱼缸的一面，无法自动换向，不能擦洗鱼缸底部。另一种是可以在鱼缸中像AUV一样自由运动，通过无线充电、无线通信进行能量补充和数据交互，在机器人本体上有陀螺仪、加速度计、出水检测电极、碰撞检测、距离检测、测速轮等传感器，主要用于感知机器人左、右两侧是否碰到玻璃，以确定转向时机；机器人是否到达水面或者触碰鱼缸底部；机器人在鱼缸壁上的运动速度，机器人转向时的转向角度等。

第二种鱼缸机器人明显更加先进，但也存在以下缺点：1、机器人无法精确感知鱼缸中换水管、加热棒、假山、水草等障碍物所处的位置及距机器人的距离，不能够实现高成功率的避障；2、依靠惯性及碰撞开关、红外传感器等方法检测与鱼缸的相对位置，无法准确检测机器人在鱼缸中所处位置及距各个鱼缸壁的距离；3、在鱼缸较大时，机器人一次充入的电量不足以擦完鱼缸的一整块鱼缸壁，由于无法精确感知与鱼缸的相对位置，因此做不到精准的断点续擦；4、机器人在遇到鱼缸内循环水水流冲击等情况时会进入无法继续自动擦洗的受阻状态，无法做到自动判断和应对各种阻碍机器人运动的情况，适应性较差；5、机器人的传感器种类多，设计与装配工艺复杂，成本高，生产难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于三维视觉的鱼缸清洗机器人运动控制装置及控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于三维视觉的鱼缸清洗机器人运动控制装置，其改进之处在于：所述的控制装置包括前面板和后面板，前、后面板可组装在一起组成控制装置的外壳，在外壳内安装双目视觉模组，该双目视觉模组的镜头探出前面板外，此外还在外壳内安装电路板，在电路板上设置中央处理器CPU、图形处理器GPU和通信模组，上述的双目视觉模组、GPU和通信模组均与CPU电连接并受其控制，在后面板上安装为控制装置内各部件供电的电源接口。

进一步的，电路板上设置有用于加快视觉算法运算速度的芯片，所述的芯片包括但不限于图形处理器GPU和张量处理单元TPU。

进一步的，所述的通信模组包括但不限于WIFI、4G和5G高带宽通信模组。

一种控制方法，基于上述的控制装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

（1）将控制装置通过磁吸或者胶贴的方式，安装于鱼缸对面或者旁边的墙上，使控制装置的双目视觉模组可以观察到鱼缸全貌；

（2）控制装置通过通信模组获取用户设定的鱼缸清洗机器人对鱼缸的擦洗轨迹；

（3）控制装置通过双目视觉模组得到鱼缸的双目视觉图像，并基于该双目视觉图像建立坐标系；

（4）标定鱼缸清洗机器人在鱼缸中的位置，鱼缸清洗机器人周围障碍物及充电座的位置，鱼缸清洗机器人距各鱼缸壁、周围障碍物及充电座的距离；

（5）控制装置通过通信模组与充电座通信，确认鱼缸清洗机器人当前电量和电机是否故障；