CN111290412A - 一种自主水下机器人水面遥控系统及方法 - Google Patents

一种自主水下机器人水面遥控系统及方法 Download PDF

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许以军
王轶群
朱宝彤
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Abstract

本发明涉及一种自主水下机器人水面遥控系统及方法，系统包括无线电模块、GPS模块、控制计算机模块、供电模块；方法包括水面遥控系统通过无线电模块发送遥控命令到自主水下机器人，自主水下机器人接收到遥控命令后，执行并通过无线电反馈自身的位置、速度和航向信息，水面遥控系统按照协议予以解析和显示；水面遥控系统通过GPS模块获取水面遥控系统的位置信息，计算出水面遥控系统与自主水下机器人间的距离、自主水下机器人指向水面遥控系统的目标航向，推算到达自主水下机器人所需时间。本发明通过遥控系统和自主水下机器人的艏向、位置信息，并予以直观显示，可以辅助遥控人员实现对自主水下机器人的无线超视距遥控，具有较高的推广价值。

Description

一种自主水下机器人水面遥控系统及方法
技术领域
本发明涉及水下机器人领域，具体地说是一种自主水下机器人水面遥控系统及方法。
背景技术
自主水下机器人(也称“自主潜水器”、“自主水下航行器”、“AUV”、“UUV”等)广泛应用于海洋矿产资源勘探、海洋环境调查、海底目标搜索等领域。
自主水下机器人的回收过程较为复杂。通常需要回收母船与自主水下机器人距离较近才能实施回收。由于回收母船通常吨位较大，在距离自主水下机器人很近时容易发生碰撞事故。因此，通常使用遥控系统将自主水下机器人遥控至母船附近予以回收。但是当自主水下机器人距离遥控人员较远时，遥控人员往往通过肉眼难以确定自主水下机器人当前的艏向，无法准确给出遥控命令，需要花费大量的时间逐步遥控自主水下机器人接近母船。遥控系统可以实现超视距的准确遥控成为一种迫切的需求，可以大大降低遥控操作的难度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种自主水下机器人水面遥控系统及方法，解决通过肉眼难以确定自主水下机器人当前的艏向，无法准确给出遥控命令，需要花费大量的时间逐步遥控自主水下机器人接近母船的问题，实现自主水下机器人的超视距无线遥控。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种自主水下机器人水面遥控系统，包括：
无线电模块，通过串行接口连接控制计算机模块，接收自主水下机器人的位置、速度和航向信息，发送给控制计算机模块；
GPS模块，通过串行接口连接控制计算机模块，接收水面遥控系统的位置信息，发送给控制计算机模块；
控制计算机模块，连接无线电模块，通过无线电模块向自主水下机器人发出遥控命令；
供电模块，连接控制计算机模块，为其供电。
还包括蓝牙遥控手柄通过蓝牙接口无线连接所述控制计算机模块，对控制计算机模块进行命令输入。
还包括触控显示屏连接所述控制计算机模块，对控制计算机模块进行命令输入。
所述供电模块为锂电池组或外部电源。
所述GPS模块通过TNC插座连接GPS天线。
所述控制计算机模块为一包含处理器模块并外设有串行通信、网络接口、蓝牙模块、显示接口的嵌入式单板计算机。
一种自主水下机器人水面遥控方法，包括：
所述水面遥控系统通过无线电模块发送遥控命令到自主水下机器人，自主水下机器人接收到遥控命令后，执行遥控命令并通过无线电反馈自身的位置、速度和航向信息，水面遥控系统通过无线电模块接收自主水下机器人的位置、速度和航向后按照协议予以解析和显示；水面遥控系统通过GPS模块获取水面遥控系统的位置信息，计算出水面遥控系统与自主水下机器人间的距离、自主水下机器人指向水面遥控系统的目标航向，并根据通过GPS获取的速度信息推算到达自主水下机器人所需时间。
在无法得到自主水下机器人的视野时，通过触控显示屏对自主水下机器人进行遥控操作。
在能够得到自主水下机器人视野时，通过蓝牙遥控手柄对自主水下机器人进行遥控操作。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采用便携式一体化设计，并使用触控屏幕作为人机交互接口，方便实用；
2.本发明使用蓝牙手柄采集遥控人员的遥控指令，使用简单，易于上手；
3.本发明内置GPS模块，通过遥控系统和自主水下机器人的艏向、位置信息，并予以直观显示，可以辅助遥控人员实现对自主水下机器人的无线超视距遥控，具有较高的推广价值。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的属于“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示为本发明的系统结构图。
本发明包括如下设备：一体式便携机箱用于安装遥控系统主要设备，机箱采用轻质铝材料，保持便携性的同时坚固耐用；触控显示屏，作为遥控系统的用户接口界面；蓝牙遥控手柄，用于遥控操作者遥控动作的采集；无线电模块，用于接收自主水下机器人通过无线电通道发送来的机器人位置和艏向信息；GPS模块，用于提供遥控系统的GPS定位信息；电源模块，用于为各设备供电；锂电池组，可在无外部供电时为遥控系统提供电源，支撑遥控系统的便携能力；控制计算机模块8，用于运行遥控软件，通过串行通信口连接无线电模块和GPS模块，通过蓝牙接口无线连接蓝牙遥控手柄，同时还连接触控显示屏。
控制计算机模块通过串行通信口连接无线电模块和GPS模块，分别获得自主水下机器人反馈的航向、位置、速度信息和遥控系统所处位置信息，并通过无线电模块发送遥控命令给自主水下机器人；通过蓝牙接口无线连接蓝牙遥控手柄，控制计算机模块还连接触控显示屏，作为遥控系统的人机交互接口。水面遥控系统可由内部锂电池组供电，也可由外部电源供电，外部电源输入经电源模块变换为适合使用的电压。
遥控操作者通过蓝牙遥控手柄对自主水下机器人进行遥控。水面遥控系统通过无线电模块发送遥控命令到自主水下机器人；自主水下机器人接收到遥控命令后，执行遥控命令并通过无线电反馈自身的位置、速度和航向等信息，水面遥控系统通过无线电模块接收自主水下机器人的位置、速度和航向后按照协议予以解析和显示；水面遥控系统通过其内部安装的GPS模块获取母船的位置信息，计算出母船与自主水下机器人间的距离、自主水下机器人指向母船的目标航向，并予以显示。
自主水下机器人的水面遥控系统可移动使用，在使用前保证遥控系统内部的锂电池组有充足电量。使用时首先选取合适的遥控位置，并将GPS天线和无线电天线与遥控系统连接。固定好GPS天线和无线电天线后，打开遥控系统电源开关。待控制计算机模块完成启动后，通过触控显示屏启动遥控软件，使用蓝牙遥控手柄对自主水下机器人进行遥控操作。在自主水下机器人距离较远或视线条件较差时，遥控操作者通过观察触控显示屏即可进行遥控操作。在自主水下机器人接近母船时，遥控操作者可以直接目测遥控自主水下机器人。

Claims (9)

1.一种自主水下机器人水面遥控系统，其特征在于，包括：
无线电模块，通过串行接口连接控制计算机模块，接收自主水下机器人的位置、速度和航向信息，发送给控制计算机模块；
GPS模块，通过串行接口连接控制计算机模块，接收水面遥控系统的位置信息，发送给控制计算机模块；
控制计算机模块，连接无线电模块，通过无线电模块向自主水下机器人发出遥控命令；
供电模块，连接控制计算机模块，为其供电。
2.根据权利要求1所述的自主水下机器人水面遥控系统，其特征在于：还包括蓝牙遥控手柄通过蓝牙接口无线连接所述控制计算机模块，对控制计算机模块进行命令输入。
3.根据权利要求1所述的自主水下机器人水面遥控系统，其特征在于：还包括触控显示屏连接所述控制计算机模块，对控制计算机模块进行命令输入。
4.根据权利要求1所述的自主水下机器人水面遥控系统，其特征在于：所述供电模块为锂电池组或外部电源。
5.根据权利要求1所述的自主水下机器人水面遥控系统，其特征在于：所述GPS模块通过TNC插座连接GPS天线。
6.根据权利要求1～3任一项所述的自主水下机器人水面遥控系统，其特征在于：所述控制计算机模块为一包含处理器模块并外设有串行通信、网络接口、蓝牙模块、显示接口的嵌入式单板计算机。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述水面遥控系统的自主水下机器人水面遥控方法，其特征在于，包括：
所述水面遥控系统通过无线电模块发送遥控命令到自主水下机器人，自主水下机器人接收到遥控命令后，执行遥控命令并通过无线电反馈自身的位置、速度和航向信息，水面遥控系统通过无线电模块接收自主水下机器人的位置、速度和航向后按照协议予以解析和显示；水面遥控系统通过GPS模块获取水面遥控系统的位置信息，计算出水面遥控系统与自主水下机器人间的距离、自主水下机器人指向水面遥控系统的目标航向，并根据通过GPS获取的速度信息推算到达自主水下机器人所需时间。
8.根据权利要求7所述的自主水下机器人水面遥控方法，其特征在于：在无法得到自主水下机器人的视野时，通过触控显示屏对自主水下机器人进行遥控操作。
9.根据权利要求7所述的自主水下机器人水面遥控方法，其特征在于：在能够得到自主水下机器人视野时，通过蓝牙遥控手柄对自主水下机器人进行遥控操作。
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