CN110737271A - 一种水面机器人自主巡航系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水面机器人自主巡航系统及方法，通过无线网络通信，使得用户能通过监测站控制水面机器人建立水域地图、学习水面环境，为后续水面机器人自主航行做准备；把组合导航技术应用于水面机器人自主航行，实现自主规划行驶路径；把激光扫描点云处理与计算机视觉计算结合起来用于水面漂浮目标自主搜寻，进而实现作业过程中的自主规划行驶路径。所公开的利用水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机协同作用的水面漂浮目标自主搜寻方法特别适合目标点数量和位置不确定的情况，可有效排除光照导致的倒影、水纹干扰。本发明将增强水面机器人的自主作业能力，切实减轻有人作业的工作量，提高其水面作业的效率。
Description
技术领域
本发明涉机器人巡航领域，具体涉及一种水面机器人自主巡航系统及方法。
背景技术
水面机器人是将机器人技术应用于水面作业船体的新兴产物，可提高水面作业效率、降低人员工作强度。在水面清污、水体监测、渔业养殖等作业场景，水面机器人有着非常广泛的应用前景。作为对于水面机器人自主作业的关键技术，自主巡航能有效支持机器人在无人值守情况下规划行驶路径、自主避碰、搜寻水面作业目标。
自主航行依靠机器人自主规划航行路径、自主避碰和搜寻水面目标，但因为水域环境的特殊性，在自主航行中搜寻作业目标的难度很大，目前的研究成果并不多，一般处于初级阶段。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种水面机器人自主巡航系统及方法解决了目前水面机器人在自主航行中搜寻作业目标的难度很大，自主规划航行路径、自主避碰和搜寻水面目标的能力差的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种水面机器人自主巡航系统，包括：机器人巡航监控站子系统、无线网络通信子系统和机器人本体自主巡航控制子系统；
所述机器人巡航监控站子系统用于监控水面机器人工作状态、打开水域地图以及指定水面机器人的巡航路径；
所述无线网络通信子系统用于构建机器人巡航监控站子系统与机器人本体自主巡航控制子系统的无线网络通信链路；
所述机器人本体自主巡航控制子系统用于根据机器人巡航监控站子系统的水域地图和巡航路径自主巡航。
进一步地：机器人本体自主巡航控制子系统包括：本地组网单元、避碰单元、运动主控单元、推进器控制器、导航计算单元、组合导航器、视觉计算单元、避碰超声阵列、推进器、水面目标检测激光雷达、水面目标检测相机和建图激光雷达；
所述避碰超声阵列与避碰单元通信连接，用于从多个方向探测障碍物的位置；
所述避碰单元与运动主控单元通信连接，用于根据避碰超声阵列探测信息判断障碍物与水面机器人的距离信息，并控制水面机器人避开障碍物；
所述水面目标检测激光雷达与本地组网单元通信连接，用于采集水面漂浮物的点云数据；
所述水面目标检测相机与本地组网单元通信连接，用于采集水面图像以探测水面漂浮物；
所述建图激光雷达与本地组网单元通信连接，用于扫描水域的岸体边界，进而构建栅格地图；
所述视觉计算单元分别与本地组网单元和推进器控制器通信连接，用于利用水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机检测目标并搜寻水面漂浮目标；
所述本地组网单元还与运动主控单元、导航计算单元和无线网络通信子系统通信连接，用于构建机器人本体自主巡航控制子系统各单元间数据交互的本地网络；
所述运动主控单元还分别与推进器控制器和导航计算单元通信连接，用于接收导航计算单元、避碰单元以及通过本地组网单元发过来的运动控制参数，并将参数转化成对推进器控制器的指令，进而控制水面机器人的移动速度和行驶方向；
所述推进器控制器还与推进器通信连接，用于调节推进器的转速和转向；
所述推进器用于推进水面机器人；
所述导航计算单元还与组合导航器通信连接，用于根据巡航路径控制水面机器人按点巡航，或者根据初始点和终点规划自主规划巡航路线；
所述组合导航器用于提供水面机器人的位姿信息；
所述组合导航器包括GPS模块和惯性传感器模块。
一种水面机器人自主巡航方法，包括以下步骤：
S1、开启机器人巡航监控站子系统、无线网络通信子系统和机器人本体自主巡航控制子系统，并通过无线网络通信子系统建立机器人巡航监控站子系统和机器人本体自主巡航控制子系统的无线通信连接；
S2、对机器人本体自主巡航控制子系统进行标定；
S3、通过机器人本体自主巡航控制子系统的建图激光雷达进行水域建图，得到预始航行区域地图；
S4、通过无线网络通信子系统，将预始航行区域地图发送给机器人巡航监控站子系统；
S5、手动修正预始航行区域地图，得到航行区域地图，并通过无线网络通信子系统将航行区域地图从机器人巡航监控站子系统发送给机器人本体自主巡航控制子系统；
S6、通过机器人巡航监控站子系统监测水面机器人初始位姿和状态，等待水面机器人就绪；
S7、通过机器人巡航监控站子系统编辑水面机器人初始巡航路线，并通过无线网络通信子系统将初始巡航路线发送给机器人本体自主巡航控制子系统；
S8、通过机器人巡航监控站子系统和无线网络通信子系统向机器人本体自主巡航控制子系统下达自主巡航启动指令，并通过机器人巡航监控站子系统实时监控水面机器人的位姿和状态；
S9、通过机器人本体自主巡航控制子系统进行水面机器人的自主定位、航行和搜寻工作。
进一步地：步骤S2包括以下步骤：
S21、对建图激光雷达和组合导航器进行联合标定；
S22、对水面目标检测相机和水面目标检测激光雷达进行联合标定。
进一步地：步骤S21包括以下步骤：
S211、通过组合导航器的GPS模块测量得到球坐标系经纬信息；
S212、对球坐标系经纬信息进行投影变换，得到地理平面坐标系经纬信息；
S213、通过建图激光雷达扫描得到水域栅格地图；
S214、通过组合导航器的惯性传感器模块得到水面机器人朝向姿态；
S215、采用水面机器人朝向姿态修正水域栅格地图的坐标轴方向；
S216、采集修正后的水域栅格地图的坐标点及其对应的地理平面坐标点，通过建立两个坐标系的平移和旋转关系方程组，得到球坐标系与水域栅格地图坐标的转换关系，完成对建图激光雷达和组合导航器的联合标定。
进一步地：步骤S22包括以下步骤：
S221、通过水面目标检测激光雷达构建一个以水面目标检测激光雷达中心为原点的激光雷达坐标系，通过水面目标检测激光雷达扫描得到三维激光点；
S222、通过水面目标检测相机构建一个以水面目标检测相机光心为原点的相机坐标系，通过水面目标检测相机摄取二维图像；
S223、根据二维图像建立二维坐标系，通过针孔模型对相机坐标系三维点坐标进行投影，得到与二维图像对应的二维坐标点；
S224、采集标定板上相机坐标系下特征点及其对应的三维激光点，将对应的特征点投射成二维图像中的二维坐标点，建立激光雷达坐标系和相机坐标系的平移和旋转关系方程组，进而得到激光雷达坐标系与相机图像二维坐标系的关系，完成对水面目标检测相机和水面目标检测激光雷达的联合标定。
进一步地：步骤S9包括以下步骤：
S91、通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按初始巡航路线行驶；
S92、通过机器人本体自主巡航控制子系统进行漂浮目标搜寻操作，得到水面漂浮物状况；
S93、根据水面漂浮物状况，通过机器人本体自主巡航控制子系统进行航线修订，得到修订后的航线；
S94、通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按修订后的航线行驶。
进一步地：步骤S91和步骤S94中通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按航线行驶的方法包括以下步骤：
B1、根据联合标定得到的球坐标与水域栅格地图坐标转换关系，得到机器人在水域栅格地图中的位姿；
B2、根据机器人位姿、水域栅格地图、航线和障碍物方位，通过导航计算单元计算水面机器人运动参数；
B3、通过导航计算单元将水面机器人运动参数发送给运动主控单元；
B4、根据水面机器人运动参数，通过运动主控单元向推进器控制器下达运动指令；
B5、根据运动指令，通过推进器控制器驱动推进器，调整水面机器人的位姿。
进一步地：步骤S92包括以下步骤：
S921、通过水面目标检测相机采集水面图像；
S922、通过视觉计算单元分析水面图像，提取图像特征；
S923、通过视觉计算单元分析图像特征，计算疑似漂浮目标在图像中的位置；
S924、通过视觉计算单元、导航计算单元、避碰单元、运动主控单元和推进器控制器的协同作用，控制水面机器人靠近疑似漂浮目标；
S925、通过视觉计算单元对疑似漂浮目标进行目标检测，得到水面漂浮物状况。
进一步地：步骤S925包括以下步骤：
S9251、通过水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机对疑似漂浮目标进行同步采集，得到点云Q和图像I；
S9252、通过视觉计算单元用预存的模型对图像I进行识别分类，在图像I中生成包围疑似漂浮目标的包围盒；
S9253、根据联合标定得到的水面目标检测激光雷达坐标系与相机图像二维坐标系的关系，将点云Q透射到图像I中，得到对应于包围盒中的点云Q′；
S9254、若点云Q′不为空集且点云Q′中元素数量大于预设阈值nth，则跳转至步骤S9255，否则跳转步骤S9256；
S9255、判决疑似漂浮目标为真漂浮目标，得到水面漂浮物状况；
S9256、判决疑似漂浮目标为假漂浮目标，得到水面漂浮物状况。
本发明的有益效果为：通过无线网络通信，使得用户能通过监测站控制水面机器人建立水域地图、学习水面环境，为后续水面机器人自主航行做准备；把组合导航技术应用于水面机器人自主航行，实现自主规划行驶路径；把激光扫描点云处理与计算机视觉计算结合起来用于水面漂浮目标自主搜寻，进而实现作业过程中的自主规划行驶路径。所公开的利用水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机协同作用的水面漂浮目标自主搜寻方法特别适合目标点数量和位置不确定的情况，可有效排除光照导致的倒影、水纹干扰。本发明将增强水面机器人的自主作业能力，切实减轻有人作业的工作量，提高其水面作业的效率。
附图说明
图1为一种水面机器人自主巡航系统框图；
图2为一种水面机器人自主巡航流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种水面机器人自主巡航系统，包括：机器人巡航监控站子系统、无线网络通信子系统和机器人本体自主巡航控制子系统；
所述机器人巡航监控站子系统用于监控水面机器人工作状态、打开水域地图以及指定水面机器人的巡航路径；
所述无线网络通信子系统用于构建机器人巡航监控站子系统与机器人本体自主巡航控制子系统的无线网络通信链路；
所述机器人本体自主巡航控制子系统用于根据机器人巡航监控站子系统的水域地图和巡航路径自主巡航。
机器人本体自主巡航控制子系统包括：本地组网单元、避碰单元、运动主控单元、推进器控制器、导航计算单元、组合导航器、视觉计算单元、避碰超声阵列、推进器、水面目标检测激光雷达、水面目标检测相机和建图激光雷达；
所述避碰超声阵列与避碰单元通信连接，用于从多个方向探测障碍物的位置；
避碰超声阵列为安装在水面机器人不同部位的N个超声波探头，N为大于1的整数；
所述避碰单元与运动主控单元通信连接，用于根据避碰超声阵列探测信息判断障碍物与水面机器人的距离信息，并控制水面机器人避开障碍物；
所述避碰单元为运行了避碰控制软件的嵌入式计算模块；
所述水面目标检测激光雷达与本地组网单元通信连接，用于采集水面漂浮物的点云数据；
所述水面目标检测激光雷达为三维激光扫描模块；
所述水面目标检测相机与本地组网单元通信连接，用于采集水面图像以探测水面漂浮物；
所述水面目标检测相机为高清网络工业相机；
所述建图激光雷达与本地组网单元通信连接，用于扫描水域的岸体边界，进而构建栅格地图；
所述建图激光雷达为二维激光扫描模块；
所述视觉计算单元分别与本地组网单元和推进器控制器通信连接，用于利用水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机检测目标并搜寻水面漂浮目标；
所述视觉计算单元为运行了点云和图像处理软件的嵌入式计算模块；
所述本地组网单元还与运动主控单元、导航计算单元和无线网络通信子系统通信连接，用于构建机器人本体自主巡航控制子系统各单元间数据交互的本地网络；
所述本地组网单元为工业级标准联网设备；
所述运动主控单元还分别与推进器控制器和导航计算单元通信连接，用于接收导航计算单元、避碰单元以及通过本地组网单元发过来的运动控制参数，并将参数转化成对推进器控制器的指令，进而控制水面机器人的移动速度和行驶方向；
所述运动主控单元为运行控制与通信软件的嵌入式计算模块；
所述推进器控制器还与推进器通信连接，用于调节推进器的转速和转向；
所述推进器控制器为控制机器人运动的执行模块；
所述推进器用于推进水面机器人；
所述导航计算单元还与组合导航器通信连接，用于根据巡航路径控制水面机器人按点巡航，或者根据初始点和终点规划自主规划巡航路线；
所述导航计算单元为运行了导航软件的嵌入式计算模块；
所述组合导航器用于提供水面机器人的位姿信息；
所述组合导航器包括GPS模块和惯性传感器模块。
如图2所示，一种水面机器人自主巡航方法，包括以下步骤：
S1、开启机器人巡航监控站子系统、无线网络通信子系统和机器人本体自主巡航控制子系统，并通过无线网络通信子系统建立机器人巡航监控站子系统和机器人本体自主巡航控制子系统的无线通信连接；
S2、对机器人本体自主巡航控制子系统进行标定；
步骤S2包括以下步骤：
S21、对建图激光雷达和组合导航器进行联合标定；
步骤S21包括以下步骤：
S211、通过组合导航器的GPS模块测量得到球坐标系经纬信息；
S212、对球坐标系经纬信息进行投影变换，得到地理平面坐标系经纬信息；
S213、通过建图激光雷达扫描得到水域栅格地图；
S214、通过组合导航器的惯性传感器模块得到水面机器人朝向姿态；
S215、采用水面机器人朝向姿态修正水域栅格地图的坐标轴方向；
S216、采集修正后的水域栅格地图的坐标点及其对应的地理平面坐标点，通过建立两个坐标系的平移和旋转关系方程组，得到球坐标系与水域栅格地图坐标的转换关系，完成对建图激光雷达和组合导航器的联合标定。
S22、对水面目标检测相机和水面目标检测激光雷达进行联合标定。
步骤S22包括以下步骤：
S221、通过水面目标检测激光雷达构建一个以水面目标检测激光雷达中心为原点的激光雷达坐标系，通过水面目标检测激光雷达扫描得到三维激光点；
S222、通过水面目标检测相机构建一个以水面目标检测相机光心为原点的相机坐标系，通过水面目标检测相机摄取二维图像；
S223、根据二维图像建立二维坐标系，通过针孔模型对相机坐标系三维点坐标进行投影，得到与二维图像对应的二维坐标点；
S224、采集标定板上相机坐标系下特征点及其对应的三维激光点，将对应的特征点投射成二维图像中的二维坐标点，建立激光雷达坐标系和相机坐标系的平移和旋转关系方程组，进而得到激光雷达坐标系与相机图像二维坐标系的关系，完成对水面目标检测相机和水面目标检测激光雷达的联合标定。
S3、通过机器人本体自主巡航控制子系统的建图激光雷达进行水域建图，得到预始航行区域地图；
S4、通过无线网络通信子系统，将预始航行区域地图发送给机器人巡航监控站子系统；
S5、手动修正预始航行区域地图，得到航行区域地图，并通过无线网络通信子系统，将航行区域地图从机器人巡航监控站子系统发送给机器人本体自主巡航控制子系统；
S6、通过机器人巡航监控站子系统监测水面机器人初始位姿和状态，等待水面机器人就绪；
S7、通过机器人巡航监控站子系统编辑水面机器人初始巡航路线，并通过无线网络通信子系统将初始巡航路线发送给机器人本体自主巡航控制子系统；
S8、通过机器人巡航监控站子系统和无线网络通信子系统向机器人本体自主巡航控制子系统下达自主巡航启动指令，并通过机器人巡航监控站子系统实时监控水面机器人的位姿和状态；
步骤S6和S8中通过机器人巡航监控站子系统监测水面机器人位姿和状态的方法包括以下步骤：
A1、通过组合导航器的GPS模块测量水面机器人的定位信息；
A2、通过组合导航器的惯性传感器模块测量水面机器人的朝向姿态和加速度状态；
A3、通过无线网络通信子系统，将水面机器人的定位信息、朝向姿态和加速度状态从机器人巡航监控站子系统发送给机器人巡航监控站子系统。
S9、通过机器人本体自主巡航控制子系统进行水面机器人的自主定位、航行和搜寻工作。
步骤S9包括以下步骤：
S91、通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按初始巡航路线行驶；
S92、通过机器人本体自主巡航控制子系统进行漂浮目标搜寻操作，得到水面漂浮物状况；
步骤S92包括以下步骤：
S921、通过水面目标检测相机采集水面图像；
S922、通过视觉计算单元分析水面图像，提取图像特征；
S923、通过视觉计算单元分析图像特征，计算疑似漂浮目标在图像中的位置；
S924、通过视觉计算单元、导航计算单元、避碰单元、运动主控单元和推进器控制器的协同作用，控制水面机器人靠近疑似漂浮目标；
S925、通过视觉计算单元对疑似漂浮目标进行目标检测，得到水面漂浮物状况。
步骤S925包括以下步骤：
S9251、通过水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机对疑似漂浮目标进行同步采集，得到点云Q和图像I；
S9252、通过视觉计算单元用预存的模型对图像I进行识别分类，在图像I中生成包围疑似漂浮目标的包围盒；
S9253、根据联合标定得到的水面目标检测激光雷达坐标系与相机图像二维坐标系的关系，将点云Q透射到图像I中，得到对应于包围盒中的点云Q′；
S9254、若点云Q′不为空集且点云Q′中元素数量大于预设阈值nth，则跳转至步骤S9255，否则跳转步骤S9256；
S9255、判决疑似漂浮目标为真漂浮目标，得到水面漂浮物状况；
S9256、判决疑似漂浮目标为假漂浮目标，得到水面漂浮物状况。
S93、根据水面漂浮物状况，通过机器人本体自主巡航控制子系统进行航线修订，得到修订后的航线；
S94、通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按修订后的航线行驶。
步骤S91和步骤S94中通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按航线行驶的方法包括以下步骤：
B1、根据联合标定得到的球坐标与水域栅格地图坐标转换关系，得到机器人在水域栅格地图中的位姿；
B2、根据机器人位姿、水域栅格地图、航线和障碍物方位，通过导航计算单元计算水面机器人运动参数；
B3、通过导航计算单元将水面机器人运动参数发送给运动主控单元；
B4、根据水面机器人运动参数，通过运动主控单元向推进器控制器下达运动指令；
B5、根据运动指令，通过推进器控制器驱动推进器，调整水面机器人的位姿。
本发明通过无线网络通信，使得用户能通过监测站控制水面机器人建立水域地图、学习水面环境，为后续水面机器人自主航行做准备；把组合导航技术应用于水面机器人自主航行，实现自主规划行驶路径；把激光扫描点云处理与计算机视觉计算结合起来用于水面漂浮目标自主搜寻，进而实现作业过程中的自主规划行驶路径。所公开的利用水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机协同作用的水面漂浮目标自主搜寻方法特别适合目标点数量和位置不确定的情况，可有效排除光照导致的倒影、水纹干扰。本发明将增强水面机器人的自主作业能力，切实减轻有人作业的工作量，提高其水面作业的效率。
Claims (10)
1.一种水面机器人自主巡航系统，其特征在于，包括：机器人巡航监控站子系统、无线网络通信子系统和机器人本体自主巡航控制子系统；
所述机器人巡航监控站子系统用于监控水面机器人工作状态、打开水域地图以及指定水面机器人的巡航路径；
所述无线网络通信子系统用于构建机器人巡航监控站子系统与机器人本体自主巡航控制子系统的无线网络通信链路；
所述机器人本体自主巡航控制子系统用于根据机器人巡航监控站子系统的水域地图和巡航路径自主巡航。
2.根据权利要求1所述的水面机器人自主巡航系统，其特征在于，所述机器人本体自主巡航控制子系统包括：本地组网单元、避碰单元、运动主控单元、推进器控制器、导航计算单元、组合导航器、视觉计算单元、避碰超声阵列、推进器、水面目标检测激光雷达、水面目标检测相机和建图激光雷达；
所述避碰超声阵列与避碰单元通信连接，用于从多个方向探测障碍物的位置；
所述避碰单元与运动主控单元通信连接，用于根据避碰超声阵列探测信息判断障碍物与水面机器人的距离信息，并控制水面机器人避开障碍物；
所述水面目标检测激光雷达与本地组网单元通信连接，用于采集水面漂浮物的点云数据；
所述水面目标检测相机与本地组网单元通信连接，用于采集水面图像以探测水面漂浮物；
所述建图激光雷达与本地组网单元通信连接，用于扫描水域的岸体边界，进而构建栅格地图；
所述视觉计算单元分别与本地组网单元和推进器控制器通信连接，用于利用水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机检测目标并搜寻水面漂浮目标；
所述本地组网单元还与运动主控单元、导航计算单元和无线网络通信子系统通信连接，用于构建机器人本体自主巡航控制子系统各单元间数据交互的本地网络；
所述运动主控单元还分别与推进器控制器和导航计算单元通信连接，用于接收导航计算单元、避碰单元以及通过本地组网单元发过来的运动控制参数，并将参数转化成对推进器控制器的指令，进而控制水面机器人的移动速度和行驶方向；
所述推进器控制器还与推进器通信连接，用于调节推进器的转速和转向；
所述推进器用于推进水面机器人；
所述导航计算单元还与组合导航器通信连接，用于根据巡航路径控制水面机器人按点巡航，或者根据初始点和终点规划自主规划巡航路线；
所述组合导航器用于提供水面机器人的位姿信息；
所述组合导航器包括GPS模块和惯性传感器模块。
3.一种水面机器人自主巡航方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、开启机器人巡航监控站子系统、无线网络通信子系统和机器人本体自主巡航控制子系统，并通过无线网络通信子系统建立机器人巡航监控站子系统和机器人本体自主巡航控制子系统的无线通信连接；
S2、对机器人本体自主巡航控制子系统进行标定；
S3、通过机器人本体自主巡航控制子系统的建图激光雷达进行水域建图，得到预始航行区域地图；
S4、通过无线网络通信子系统，将预始航行区域地图发送给机器人巡航监控站子系统；
S5、手动修正预始航行区域地图，得到航行区域地图，并通过无线网络通信子系统将航行区域地图从机器人巡航监控站子系统发送给机器人本体自主巡航控制子系统；
S6、通过机器人巡航监控站子系统监测水面机器人初始位姿和状态，等待水面机器人就绪；
S7、通过机器人巡航监控站子系统编辑水面机器人初始巡航路线，并通过无线网络通信子系统将初始巡航路线发送给机器人本体自主巡航控制子系统；
S8、通过机器人巡航监控站子系统和无线网络通信子系统向机器人本体自主巡航控制子系统下达自主巡航启动指令，并通过机器人巡航监控站子系统实时监控水面机器人的位姿和状态；
S9、通过机器人本体自主巡航控制子系统进行水面机器人的自主定位、航行和搜寻工作。
4.根据权利要求3所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、对建图激光雷达和组合导航器进行联合标定；
S22、对水面目标检测相机和水面目标检测激光雷达进行联合标定。
5.根据权利要求4所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S21包括以下步骤：
S211、通过组合导航器的GPS模块测量得到球坐标系经纬信息；
S212、对球坐标系经纬信息进行投影变换，得到地理平面坐标系经纬信息；
S213、通过建图激光雷达扫描得到水域栅格地图；
S214、通过组合导航器的惯性传感器模块得到水面机器人朝向姿态；
S215、采用水面机器人朝向姿态修正水域栅格地图的坐标轴方向；
S216、采集修正后的水域栅格地图的坐标点及其对应的地理平面坐标点，通过建立两个坐标系的平移和旋转关系方程组，得到球坐标系与水域栅格地图坐标的转换关系，完成对建图激光雷达和组合导航器的联合标定。
6.根据权利要求4所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S22包括以下步骤：
S221、通过水面目标检测激光雷达构建一个以水面目标检测激光雷达中心为原点的激光雷达坐标系，通过水面目标检测激光雷达扫描得到三维激光点；
S222、通过水面目标检测相机构建一个以水面目标检测相机光心为原点的相机坐标系，通过水面目标检测相机摄取二维图像；
S223、根据二维图像建立二维坐标系，通过针孔模型对相机坐标系三维点坐标进行投影，得到与二维图像对应的二维坐标点；
S224、采集标定板上相机坐标系下特征点及其对应的三维激光点，将对应的特征点投射成二维图像中的二维坐标点，建立激光雷达坐标系和相机坐标系的平移和旋转关系方程组，进而得到激光雷达坐标系与相机图像二维坐标系的关系，完成对水面目标检测相机和水面目标检测激光雷达的联合标定。
7.根据权利要求3所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S9包括以下步骤：
S91、通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按初始巡航路线行驶；
S92、通过机器人本体自主巡航控制子系统进行漂浮目标搜寻操作，得到水面漂浮物状况；
S93、根据水面漂浮物状况，通过机器人本体自主巡航控制子系统进行航线修订，得到修订后的航线；
S94、通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按修订后的航线行驶。
8.根据权利要求7或5所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S91和步骤S94中通过机器人本体自主巡航控制子系统控制水面机器人按航线行驶的方法包括以下步骤：
B1、根据联合标定得到的球坐标与水域栅格地图坐标转换关系，得到机器人在水域栅格地图中的位姿；
B2、根据机器人位姿、水域栅格地图、航线和障碍物方位，通过导航计算单元计算水面机器人运动参数；
B3、通过导航计算单元将水面机器人运动参数发送给运动主控单元；
B4、根据水面机器人运动参数，通过运动主控单元向推进器控制器下达运动指令；
B5、根据运动指令，通过推进器控制器驱动推进器，调整水面机器人的位姿。
9.根据权利要求7所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S92包括以下步骤：
S921、通过水面目标检测相机采集水面图像；
S922、通过视觉计算单元分析水面图像，提取图像特征；
S923、通过视觉计算单元分析图像特征，计算疑似漂浮目标在图像中的位置；
S924、通过视觉计算单元、导航计算单元、避碰单元、运动主控单元和推进器控制器的协同作用，控制水面机器人靠近疑似漂浮目标；
S925、通过视觉计算单元对疑似漂浮目标进行目标检测，得到水面漂浮物状况。
10.根据权利要求9所述的水面机器人自主巡航方法，其特征在于，所述步骤S925包括以下步骤：
S9251、通过水面目标检测激光雷达和水面目标检测相机对疑似漂浮目标进行同步采集，得到点云Q和图像I；
S9252、通过视觉计算单元用预存的模型对图像I进行识别分类，在图像I中生成包围疑似漂浮目标的包围盒；
S9253、根据联合标定得到的水面目标检测激光雷达坐标系与相机图像二维坐标系的关系，将点云Q透射到图像I中，得到对应于包围盒中的点云Q′；
S9254、若点云Q′不为空集且点云Q′中元素数量大于预设阈值nth，则跳转至步骤S9255，否则跳转步骤S9256；
S9255、判决疑似漂浮目标为真漂浮目标，得到水面漂浮物状况；
S9256、判决疑似漂浮目标为假漂浮目标，得到水面漂浮物状况。
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