[发明专利]一种水下机器人视觉控制目标抓取测试系统与方法有效

专利信息
申请号: 201911408005.7 申请日: 2019-12-31
公开(公告)号: CN111136687B 公开(公告)日: 2023-06-20
发明(设计)人: 黄海;李忻阳;李冀永;鲍轩;万兆亮;徐杨;张万里;李加强 申请(专利权)人: 哈尔滨工程大学
主分类号: B25J19/00 分类号: B25J19/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 水下 机器人 视觉 控制 目标 抓取 测试 系统 方法
【说明书】:

一种水下机器人视觉控制目标抓取测试系统与方法,属于水下机器人作业领域。本发明的水面主控工控机通过光端机与嵌入式计算机相连,嵌入式计算机分别与水下视觉摄像机、水下机械手相连,水面主控工控机通过DA板卡与所述三轴悬臂吊相连。通过水下视觉摄像机对目标的实时跟踪,得出目标与水下视觉摄像机的位置关系并转化为水下机械手与目标的位置关系;计算水动力环境模型;计算分析得出测试系统在水中的运动模拟结果及其响应;控制三轴悬臂吊的运动并控制水下机械手对目标进行抓取。本发明在机器人下水前调试控制舱设备,验证水下机器人目标抓取视觉控制过程的可行性和系统的可靠性,具有测试准确可靠、仿真测试充分模拟试验等优点。

技术领域

本发明属于水下机器人作业领域,具体涉及一种水下机器人视觉控制目标抓取测试系统与方法。

背景技术

近年来,机器人的手眼融合目标抓取已成为科学研究的重要热点领域。水下机器人的视觉控制目标抓取作业,可以用于水下目标的自主捕获、海底生物及岩石标本的自主采集、海底设施的维护与装置的回收、水下打捞和援潜救生等方面。但目前,潜水员和水下机器人遥控操作抓取仍然是水下工程和作业的主要手段。但随着水下机器人的广泛使用,需要不断地提高水下机器人目标抓取的自主性以提高抓取的效率、减少操作人员的干预、并适于更多层次的使用人员。随着水下机器人的发和陆地或空间机器人相比,水下机器人视觉控制目标抓取不仅包含复杂的软硬件系统,而且面临更复杂的水下环境,不仅面临退化和低对比度的水下图像,而且要处理机器人在水中的浮游运动,所以在载体下水前的调试过程中,非常有必要进行视觉控制目标抓取的全实物测试。

专利文献“一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置及测试方法(CN200910072924.1)”和“一种水下平台控制的半实物仿真测试系统(CN2014 20533048.4)”,涉及到的水下机器人实物仿真测试方法,但主要用于测试水下机器人航行时的控制舱的软硬件功能,无法模拟水下机器人视觉控制目标抓取的手艇协调运动、目标跟踪抓取的实际过程。

和普通的潜水器全实物或半实物仿真系统相比,水下机器人视觉控制目标抓取的全实物系统更为复杂。它涉及到水下机器人的视觉和机械手的坐标变换和运动学分析,全实物系统需要模拟水下机器人在发现目标后的抓取运动,并根据模拟的结果分析实际试验场景中可能出现的响应,从而对系统软硬件进行接近于真实的调试。中船重工七O二研究所的谢俊元等人在《船舶力学》发表的论文载人潜水器-机械手系统动力学研究论及了水下机器人目标抓取的运动学和动力学响应分析方法,但该方法无法为半实物的水下机器人目标抓取提供仿真;中国科学院沈阳自动化所的张奇峰等人在《机器人》杂志所发表的论文《基于能源消耗最小的自治水下机器人-机械手系统协调运动研究》论及了水下机器人目标抓取运动的手艇协调运动控制方法,但该方法直接不能用于水下机器人的视觉控制。

因此,非常有必要设计一种视觉控制目标抓取的全实物仿真测试系统与测试方法,进行水下机器人-机械手系统视觉控制目标抓取的全实物测试。

发明内容

针对上述问题,本发明提供了一种水下机器人视觉控制目标抓取测试系统与方法。

为实现上述目的,一种水下机器人视觉控制目标抓取测试系统,其结构包括水面主控工控机、多关节水下机械手、三轴悬臂吊、水下视觉摄像机、嵌入式计算机,所述水面主控工控机通过光端机与所述嵌入式计算机相连,嵌入式计算机分别与所述水下视觉摄像机、所述多关节水下机械手相连,水面主控工控机通过DA板卡与所述三轴悬臂吊相连。

所述嵌入式计算机通过CAN卡、水密线缆与所述多关节水下机械手相连;所述嵌入式计算机通过视频采集卡、水密线缆与所述水下视觉摄像机相连;所述光端机包括耐压舱光端机、脐带缆和水面光端机。

一种水下机器人视觉控制目标抓取测试系统的测试方法,具体的步骤为:

步骤1.通过水下视觉摄像机对目标的实时跟踪,得出目标与水下视觉摄像机的位置关系;

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