CN110727224A - 一种水下机器人多模态通信控制系统 - Google Patents

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曲雯毓
李少南
邱铁
刘春凤
赵昭
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Abstract

本发明公开一种水下机器人多模态通信控制系统，包括水下机器人、机器人模块、浮力装置和控制模块，控制模块包括MCU主控，无线模块、遥控控制器、视频模块；机器人模块嵌入水下机器人内部以驱动水下机器人和根据不同需求挂载不同传感器和模块；机器人模块包括MCU主控、网络模块、摄像模块、动力模块、传感器模块及线缆收放和浮力感应模块；其中网络模块与浮力装置中的网络模块通过线缆直接连接，实现从水下到水面的数据传输；浮力装置嵌入于具有浮力的外壳内，浮力装置内设有MCU主控、网络模块和无线模块；网络模块用于与水下机器人进行通信，浮力装置的无线模块与控制模块的无线模块连接；浮力装置与水下机器人通过网线或光纤进行有线数据传输。

Description

一种水下机器人多模态通信控制系统
技术领域
本发明涉及水下机器人领域，特别是涉及一种水下机器人多模态通信控制系统。
背景技术
21世纪是海洋的世纪，世界各国对海洋的开发、利用和探索呈爆发式的开展，各国在抢占海洋优势都不竭余力。我国也逐渐认识到海洋利益的重要行，对海洋探索和技术开发的投资力度前所未有。我国的海洋资源极其丰富，体量极大，并且我国的海岸线贯穿南北，中国海域面积在世界范围也是屈指可数。为了有效保卫我国家海域和开发海洋资源，水下遥感机器人是必不可少的。水下机器人在诸多方面都有不可替代的作用，例如海洋石油资源探测，海洋养殖，区域环境监测，海底打捞等。目前，由于水下环境的复杂性和通信技术的限制，大部分水下机器人都无法实现无线通信，大多采用有缆的方式进行数据传输和控制，随着机器人的工作距离增加，势必要不断的增加线缆的长度，这样不仅增加了线缆的总体重量增加了运输的负担，同时线缆的加长会使水下机器人的移动和数据传输的能耗增加，不利于机器人的长期续航。有缆机器人的另一大缺陷是线缆极大的限制了机器人的工作范围，控制人员必须要在线缆所允许的范围内跟随机器人。除此之外，随着线缆的加长，在复杂的水下环境线缆很大概率会缠绕，一旦缠绕而不能解决的话，可能会导致机器人无法移动工作，甚至可能导致机器人通信系统损坏。
除有缆通信外，少量机器人采用声通信的方式进行机器人的控制和通信。目前的大量科研成果和实验证明，声通信是目前水下最有效的通信方式。但声通信的也存在自身的问题，如传输速率极低、传输时延高、误码率高等问题。这导致用声通信作为水下机器人的通信系统时，只能传输控制信号而不能传输视频和图片信号，一个没有视频信息的水下机器人就时一个瞎子根本无法适应水下工作中的众多任务。同时，声通信延时极大，当一个控制信号发出时，机器人接受到此时的信号时可能上一刻的信号指令的动作还没有完成，这使得机器人的作业精度大幅下降。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种水下机器人多模态通信控制系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种水下机器人多模态通信控制系统，包括水下机器人；还包括机器人模块、浮力装置和控制模块，所述控制模块包括MCU主控，无线模块、遥控控制器、视频模块；水下机器人上设有线缆收集装置和浮力感应装置；
机器人模块嵌入水下机器人内部以驱动水下机器人和根据不同需求挂载不同传感器和模块；机器人模块包括MCU主控、网络模块、摄像模块、动力模块、传感器模块及线缆收放和浮力感应模块；其中网络模块与浮力装置中的网络模块通过线缆直接连接，实现从水下到水面的数据传输；
浮力装置嵌入于具有浮力的外壳内，浮力装置内设有MCU主控、网络模块和无线模块；网络模块用于与水下机器人进行通信，浮力装置的无线模块与控制模块的无线模块连接，用于将浮力装置接收到的数据通过射频通信的方式传输至控制模块；浮力装置与水下机器人通过网线或光纤进行有线数据传输，采用TCP/IP协议，与控制模块通过802.11g协议进行数据传输。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明是采用多模态的通信放式，融合无线图像传输和有缆传输两种通信技术于一体通信控制系统。由于目前的水下机器人的通信控制系统均为有缆式的，即控制模块与机器人通过线缆直接相连，线缆长度制约着水下机器人的工作范围，而且线缆本身的重量会给机器人带来额外的能量消耗。当线缆在水下发生缠绕可能会给机器人的作业带来极大的限制。本发明的技术方案能够实现对水下机器人的无线控制，能够极大的提高机器人的工作范围，简化控制结构。
附图说明
图1是本发明的工作原理图。
图2是本发明中各模块的工作关系示意图。
图3是MCU主控的软件架构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种水下机器人多模态通信控制系统，包括水下机器人、机器人模块、浮力装置和控制模块；水下机器人上设有线缆收集装置和浮力感应装置。
机器人模块嵌入机器人内部以驱动机器人和根据不同需求挂载不同传感器和模块。机器人模块由MCU主控并挂载必要模块，如网络模块、摄像模块、动力模块、线缆收放和浮力感应模块，其他传感器模块可任意选择。其中网络模块与浮力装置中的网络模块通过线缆直接连接，实现从水下到水面的数据传输。
浮力装置嵌入一个防水且具有一定浮力的外壳内，内部有与水下机器人相同的主控单元并挂载网络模块和无线模块。网络模块负责与机器人进行通信，无线模块则与控制模块的无线模块连接，将浮力装置接受到的数据通过射频通信的方式传输至控制模块。浮力装置与水下机器人通过网线或光纤进行有线数据传输，采用TCP/IP协议，与控制模块通过802.11g协议进行数据传输。本实施例中浮力装置上设有水面漂浮天线用于无线数据传输。
控制模块基于相同的MCU主控单元，挂载无线模块、遥控控制器、视频模块。无线模块负责数据传输，遥控控制器用于对水下机器人的控制，视频模块则将机器人的视频信号进行输出。
水下机器人进行作业时，浮力装置保持漂浮在水面，浮力感应模块感应浮力装置所受浮力，并设置浮力阈值，当超过或低于阈值，水下机器人进行收放线缆操作。浮力装置作为一个中继基站将水下机器人和控制模块的数据进行交换。控制模块通过无线传输方式与浮力装置连接，获得水下机器人视频和传感器数据并控制机器人。控制模块可以通过挂在不同模块进行视频和信息传输(HDMI，VGA，TCP/IP等)。
在本实施例中采用了三套逻辑控制系统，分别位于机器人模块、浮力装置和控制模块，为了能够增强该设计的可扩展性，三套逻辑控制系统具有相同的内核、处理单元和软件架构, 如图3上的MCU主控单元。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种水下机器人多模态通信控制系统，包括水下机器人；其特征在于，还包括机器人模块、浮力装置和控制模块，所述控制模块包括MCU主控，无线模块、遥控控制器、视频模块；水下机器人上设有线缆收集装置和浮力感应装置；
机器人模块嵌入水下机器人内部以驱动水下机器人并根据不同需求挂载不同传感器和模块；机器人模块包括MCU主控、网络模块、摄像模块、动力模块、传感器模块及线缆收放和浮力感应模块；其中网络模块与浮力装置中的网络模块通过线缆直接连接，实现从水下到水面的数据传输；
浮力装置嵌入于具有浮力的外壳内，浮力装置内设有MCU主控、网络模块和无线模块；网络模块用于与水下机器人进行通信，浮力装置的无线模块与控制模块的无线模块连接，用于将浮力装置接收到的数据通过射频通信的方式传输至控制模块；浮力装置与水下机器人通过网线或光纤进行有线数据传输，采用TCP/IP协议，与控制模块通过802.11g协议进行数据传输。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113282021A (zh) * 2020-12-22 2021-08-20 天津大学 一种水下机器人多模态通信控制系统

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