CN106878127A - 带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统 - Google Patents

带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统，该系统包括嵌入式系统、上位机、以太网、CAN‑以太网混合网络；其中嵌入式系统采集机器人姿态及位置信号，并通过以太网接口将这些信息发送到以太网，CAN‑以太网混合网络利用CAN总线将若干EPOS 2电机驱动器连接，然后使用2个CAN‑以太网转换器实现CAN到以太网的转换和逆转换，本发明采用CAN‑以太网混合网络使得信息在中途转换到以太网协议，无需扩充以太网硬件结构的情况下实现远程CAN总线通信，同时保证了EPOS 2驱动器软件接口资源的调用。

Description

带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统
技术领域
本发明属于海洋装备有线控制设备领域，涉及一种对海水中作业的机器人的有线操控系统，具体涉及一种带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统。
背景技术
进行复杂水下作业的ROV通常需要水下摄像机的辅助，进而采用有线操控方法来控制机器人的复杂动作。ROV的主要特点体现在是它的图像采集和实时视频采集能力，而采集到的信息通过高速率通信系统传输到控制站。
目前广泛采用的通信系统基于以太网协议，然而在机器人侧除了网络相机等少数设备外，EPOS 2电机驱动器以及其他工业设备采用CAN协议，二者不兼容，需要开发局部的通信机制来实现二者的交互。
为了克服原有的以太网通信系统不能兼容CAN协议的设备的问题，本发明实现CAN协议设备接入原有的以太网。
此外，传统的视频监控界面不适合空间姿态多样的ROV，操控人员凭借简单的姿态信息数据很难判断机器人的姿态。本发明设计了新型视频监控，使得操控人员能直观感受到机器人的姿态。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统。
本发明的带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统，包括：嵌入式系统、上位机、以太网、CAN-以太网混合网络；
所述的以太网由机器人侧交换机及上位机侧交换机构成，两交换机间采用双绞线连接；所述的CAN-以太网混合网络是：采用CAN总线上连接若干EPOS 2电机驱动器，CAN总线信息经机器人侧CAN-以太网转换器转换后通过机器人侧交换机发送，上位机侧交换机将信息分离后经上位机侧CAN-以太网转换器转换传回到CAN总线；所述的嵌入式系统用于采集机器人姿态及深度信息，并通过以太网接口发送到机器人侧交换机；所述的上位机通过USB接口连接一只EPOS 2电机驱动器，并调用该驱动器的软件接口发送电机控制指令，该上位机还具有视频监控界面。
上述技术方案中，进一步地，所述的嵌入式系统包括用于采集机器人姿态信息的陀螺仪、用于采集机器人深度信息的深度传感器。嵌入式系统安装在机器人本体，其功能为采集机器人姿态及位置信息并通过以太网接口将这些信息发送到以太网。
进一步地，所述的上位机的视频监控界面上显示有深度标尺、机器人俯仰角度标尺、机器人偏航角度标尺及表示机器人本体朝向的中心十字线。
此外，在所述的CAN总线上还可以连接有其他CAN协议设备，如：SCA126T-CAN2.0A总线输出型双轴倾角传感器。
本发明中，采用CAN-以太网混合网络，在机器人本体上，CAN-以太网转换器将CAN总线上的信息转换为以太网协议信息，并通过机器人侧交换机发送；上位机侧交换机将CAN总线的信息分离出来，并通过CAN-以太网转换器转换回到CAN总线；为了调用EPOS 2软件接口，上位机通过USB口连接一台EPOS 2电机驱动器，所述CAN-以太网混合网络的优点是，信息在中途转换到以太网协议，无需扩充以太网硬件结构的情况下实现远程CAN总线通信，同时保证了EPOS 2驱动器软件接口资源的调用。
本发明在视频监控中直接叠加了姿态及位置信息，可以让操控人员直观感知机器人的位置和姿态。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是嵌入式系统的结构示意图；
图3是视频监控界面的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明系统主要包括安装于机器人本体上的嵌入式系统1和网络相机2、以太网3、CAN-以太网混合网络和上位机5。
所述的嵌入式系统由单片机、用于采集机器人姿态信息的陀螺仪模块、用于采集机器人深度信息的深度传感器和网络接口组成，如图2所示。
网络相机2用于采集视频信息，然后以RSTP协议形式发送到以太网3。
以太网3由机器人本体的交换机3-1、双绞线3-2和上位机的交换机3-3组成。机器人本体的交换机3-1接收来自嵌入式系统1和相机2的信息，并通过一根双绞线3-2上发送到上位机3-3。上位机的交换机3-3将来自嵌入式系统1和网络相机2的信息分离出来，并用于上位机5的监控界面6。
所述的视频监控界面6上显示有视频画面6-1、若干标尺6-3和表示机器人本体朝向的中心十字线6-4等信息，如在界面最上方的标尺用于显示机器人所处深度；界面左侧的标尺用于显示俯仰角度；界面中心的水平放置的标尺用于显示偏航角度；此外还可以显示轨迹预测线6-2，可用于示意预测路径。当机器人姿态改变时，相关的标尺6-3会随之运动，使得中心十字线6-4指向的标尺6-3的读数为当前姿态及深度的值。当上位机给机器人发送转向指令时轨迹预测线6-2会随之改变形状。
需要说明的是，本机器人正常运行时，底盘垂直于水平面，因此将深度信息显示在上方水平放置的标尺上。
见图1，所述CAN-以太网混合网络4，由机器人本体的CAN-以太网转换器4-1、所述以太网3和上位机的CAN-以太网转换器4-5组成，CAN总线4-2上连接EPOS 2驱动器4-3或者其他CAN总线接口的设备4-4。上位机调用EPOS 2软件接口，软件接口通过USB4-8发送电机控制指令，EPOS 2驱动器4-6将该指令转换到CAN总线4-7，CAN-以太网转换器4-5将CAN总线上的信息转换为以太网协议，最后通过所述的以太网3传输到机器人本体。机器人本体上的交换机3-1将原本属于CAN总线4-7上的信息分离出来，并发送到CAN-以太网转换器4-1，最终发送到CAN总线4-2上。
需要说明的是，所述EPOS 2驱动器是MAXON公司的一款多功能的电机驱动器，驱动器提供USB、RS485和CAN总线等多种接口，并提供VC++、LabVIEW和MATLAB平台的软件接口资源，并且软件接口的通信通过USB。
本发明的带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统可按如下步骤实施。
对于监控数据传输链路：视频信号由网络相机2采集，姿态及深度信息由嵌入式系统1采集，然后一起通过交换机3-1发送到以太网3；上位机的交换机3-3将上述信息分离出来，并经过加工后显示在视频监控界面6。
对于指令数据传输链路：控制指令通过EPOS 2驱动器4-6发送到CAN总线4-7，CAN总线的指令信息经过CAN-以太网转换器4-5发送到以太网3，以太网3上的指令信息再通过CAN-以太网转换器4-1发送到CAN总线4-2。最终连接在CAN总线上的若干电机驱动器4-3收到指令信息。

Claims (4)

1.一种带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统，其特征在于，该系统包括：
嵌入式系统、上位机、以太网、CAN-以太网混合网络；
所述的以太网由机器人侧交换机及上位机侧交换机构成，两交换机间采用双绞线连接；所述的CAN-以太网混合网络是：采用CAN总线上连接若干EPOS 2电机驱动器，CAN总线信息经机器人侧CAN-以太网转换器转换后通过机器人侧交换机发送，上位机侧交换机将信息分离后经上位机侧CAN-以太网转换器转换传回到CAN总线；
所述的嵌入式系统用于采集机器人姿态及深度信息，并通过以太网接口发送到机器人侧交换机；
所述的上位机通过USB接口连接一只EPOS 2电机驱动器，并调用该驱动器的软件接口发送电机控制指令，该上位机还具有视频监控界面。
2.根据权利要求1所述的带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统，其特征在于，所述的嵌入式系统包括用于采集机器人姿态信息的陀螺仪、用于采集机器人深度信息的深度传感器。
3.根据权利要求1所述的带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统，其特征在于，所述的上位机的视频监控界面上显示有深度标尺、机器人俯仰角度标尺、机器人偏航角度标尺及表示机器人本体朝向的中心十字线。
4.根据权利要求1所述的带有新型视频监控的水下机器人有线操控系统，其特征在于，所述的CAN总线上还连接有其他CAN协议设备。
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