CN113753206B - 一种基于变体积辅助驱动的水下机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变体积辅助驱动的水下机器人及控制方法，本发明通过设置变体积辅助驱动模块以及主控系统，变体积辅助驱动模块包括第一变体积筒仓、至少两个第一变体积单元以及至少两个第一气囊，第一变体积筒仓具有第一容纳空间，第一容纳空间具有至少两个第一容纳子空间，每一第一变体积单元包括第一微型推杆电机、第一推杆、第一推板以及第一导气管，第一微型推杆电机、第一推杆以及第一推板收容于第一容纳子空间，第一推杆与第一推板固定，一第一导气管对应连通一个第一容纳子空间以及一个第一气囊；通过第一气囊的体积变化即可以为水下机器人提供浮力，降低了控制水下机器人沉浮的能量消耗，本发明可广泛应用于机器人领域。

Description

一种基于变体积辅助驱动的水下机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是一种基于变体积辅助驱动的水下机器人及控制方法。

背景技术

随着人类对海洋深处的不断发掘，水下勘测机器人被越来越广泛的应用于水质监测、海底地形勘测、矿物勘测、生物群侦测等任务，而水底环境情况往往复杂，这就要求水下探测机器人要有足够的续航能力、抗扰能力，也尽可能的减少对水下生态环境的影响。传统的水下机器人依靠多对螺旋桨驱动，分别为横纵两个方向提供动力，其中纵向方向旋翼在不同深度进行作业时，都需保持运作状态为机器人提供动力或浮力，因此用于控制机器人沉浮所耗能量消耗较多。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供降低能耗的一种基于变体积辅助驱动的水下机器人及控制方法。

本发明实施例采用的技术方案是：

一种基于变体积辅助驱动的水下机器人，包括：

变体积辅助驱动模块，包括第一变体积筒仓、至少两个第一变体积单元以及至少两个第一气囊，所述第一气囊固定于所述第一变体积筒仓外侧，所述第一变体积筒仓具有第一容纳空间，所述第一容纳空间具有至少两个第一容纳子空间，每一所述第一变体积单元包括第一微型推杆电机、第一推杆、第一推板以及第一导气管，所述第一微型推杆电机、所述第一推杆以及所述第一推板收容于第一容纳子空间，所述第一推杆与所述第一推板固定，一所述第一导气管对应连通一个所述第一容纳子空间以及一个所述第一气囊；

主控系统，与所述第一微型推杆电机电性连接，控制所述第一微型推杆电机驱动所述第一推杆以带动所述第一推板进行伸缩运动并通过所述第一导气管对所述第一气囊的体积进行调整。

进一步，所述基于变体积辅助驱动的水下机器人包括四个所述第一气囊以及四个所述第一变体积单元，所述第一容纳空间具有四个第一容纳子空间，每一所述第一容纳子空间收容一所述第一变体积单元，所述第一容纳子空间之间通过隔板分隔，四个所述第一气囊环绕所述第一变体积筒仓外侧设置，所述第一气囊之间通过固定骨骼固定。

进一步，所述第一变体积筒仓包括主体、第一封盖以及第二封盖；所述主体包括所述第一容纳空间，所述第一封盖固定于所述主体的一端，所述第二封盖固定于所述主体的另一端，所述第一封盖设置有若干个第一通孔，所述第一封盖以及所述第二封盖均设置有嵌入槽口，所述第一通孔与所述第一导气管对应设置，所述隔板设置于所述嵌入槽口以独立分隔每一所述第一容纳子空间。

进一步，所述第一推板为密封橡胶推板，当所述第一推板伸长至最大距离所述第一容纳子空间以及所述第一气囊封闭。

进一步，所述基于变体积辅助驱动的水下机器人还包括推进模块，所述推进模块包括转向旋翼模块，所述转向旋翼模块包括转向旋翼固定框架、第一转向旋翼以及第二转向旋翼，所述转向旋翼固定框架与所述变体积辅助驱动模块固定，所述转向旋翼固定框架包括至少一槽孔，所述槽孔供所述第一导气管通过，所述第一转向旋翼以及所述第二转向旋翼对称设置于所述转向旋翼固定框架的左右两侧；所述第一转向旋翼以及所述第二转向旋翼与所述主控系统连接。

进一步，所述基于变体积辅助驱动的水下机器人还包括头部视觉系统，所述推进模块还包括尾部推进器，所述头部视觉系统设置于所述变体积辅助驱动模块的前侧，所述尾部推进器设置于所述变体积辅助驱动模块的后侧，所述头部视觉系统包括摄像头、探照灯模块以及传感器模块，所述摄像头、所述探照灯模块以及所述传感器模块与所述主控系统连接；所述主控系统用于根据基于变体积辅助驱动的水下机器人在水中深度控制所述探照灯模块的亮度，以及根据所述摄像头以及所述传感器模块获取的环境数据，调整所述第一气囊的体积以进行姿态调整。

本发明实施例还提供一种控制方法，应用于所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，包括：

获取实时数据；所述实时数据包括环境数据和/或气压数据，所述气压数据包括每一第一气囊的气压值；

主控系统根据所述实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制。

进一步，所述根据所述实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制，包括：

当其中一第一气囊的气压值变化异常，控制该第一气囊对应的第一微型推杆电机进行控制以使第一推板伸长至最大距离，封闭该第一气囊以及该第一气囊对应的第一容纳子空间，对其余的第一气囊的体积进行调整以使水下机器人朝向水面，并控制推进模块全速运转；

或者，

当所述环境数据包括接近水下机器人的目标对象，控制推进模块减速运转，并控制第一微型推杆电机对第一气囊的体积进行调整，当水下机器人调整至朝向空旷区域，控制推进模块加速运转。

进一步，所述环境数据包括目标图像数据，所述控制方法还包括：

当水中深度出现变化，对探照灯模块的亮度进行调整；所述亮度的大小与所述水中深度呈正比；

在亮度调整后获取原始图像数据，对所述原始图像数据进行上色以及去雾处理，得到目标图像数据。

进一步，所述根据所述实时数据对第一微型推杆电机进行控制，包括：

将所述环境数据输入深度确定性策略梯度模型，确定水下机器人的最优姿态；

对第一微型推杆电机进行控制以使水下机器人调整为最优姿态。

本发明的有益效果是：通过设置变体积辅助驱动模块以及主控系统，变体积辅助驱动模块包括第一变体积筒仓、至少两个第一变体积单元以及至少两个第一气囊，第一气囊固定于第一变体积筒仓外侧，第一变体积筒仓具有第一容纳空间，第一容纳空间具有至少两个第一容纳子空间，每一第一变体积单元包括第一微型推杆电机、第一推杆、第一推板以及第一导气管，第一微型推杆电机、第一推杆以及第一推板收容于第一容纳子空间，第一推杆与第一推板固定，一第一导气管对应连通一个第一容纳子空间以及一个第一气囊；主控系统，与第一微型推杆电机电性连接，通过控制第一微型推杆电机驱动第一推杆以带动第一推板进行伸缩运动并通过第一导气管对第一气囊的体积进行调整，通过第一气囊的体积变化即可以为水下机器人提供浮力，降低了控制水下机器人沉浮的能量消耗。

附图说明

图1为本发明具体实施例基于变体积辅助驱动的水下机器人的示意图；

图2为本发明具体实施例第一变体积辅助子驱动模块的示意图；

图3为本发明具体实施例第一变体积筒仓的内部示意图；

图4为本发明具体实施例推进模块的示意图；

图5为本发明具体实施例控制方法的步骤流程示意图；

图6为本发明具体实施例自救流程的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例中，Y代表前后方向(纵向)，Z代表左右方向(横向)，X代表上下方向(竖直方向)。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于变体积辅助驱动的水下机器人，包括：变体积辅助驱动模块1、主控系统(未图示)、推进模块(包括转向旋翼模块21以及尾部推进器22)以及头部视觉系统3。

如图1、图2以及图3所示，本发明实施例中，变体积辅助驱动模块1包括第一变体积辅助子驱动模块11，第一变体积辅助子驱动模块11包括第一变体积筒仓111、至少两个第一变体积单元以及至少两个第一气囊112。可选地，变体积辅助驱动模块1以包括四个第一变体积单元以及四个第一气囊112为例进行说明。具体地，第一气囊112固定于第一变体积筒仓111外侧，四个第一气囊112环绕第一变体积筒仓111外侧环绕设置，例如四个第一气囊112分别设置于第一变体积筒仓111的左上方，左下方、右上方以及右下方，两两第一气囊112之间通过固定骨骼A固定。其中，第一变体积筒仓111具有第一容纳空间，第一容纳空间具有至少两个第一容纳子空间1111，具体为四个第一容纳子空间1111，每一第一容纳子空间1111收容一第一变体积单元(至少一部分)，每一第一变体积单元包括第一微型推杆电机113、第一推杆114、第一推板115以及第一导气管116，第一微型推杆电机113、第一推杆114以及第一推板115收容于第一容纳子空间1111，第一推杆114与第一推板115固定，一第一导气管116对应连通一个第一容纳子空间1111以及一个第一气囊112，即一第一气囊112通过一第一导气管116与一个第一容纳子空间1111连通。

如图1、图2以及图3所示，本发明实施例中，第一变体积筒仓111包括主体111A、第一封盖111B以及第二封盖111C。可选地，主体111A包括第一容纳空间，第一封盖111B固定于主体111A的一端，第二封盖111C固定于主体111A的另一端。其中，第一封盖111B设置有若干个第一通孔B，第一封盖111B以及第二封盖111C均设置有嵌入槽口(未图示)，第一通孔B与第一导气管116对应设置，即每一第一导气管116对应一第一通孔B用于与第一容纳子空间1111连通；隔板C设置于嵌入槽口，具体地隔板C一端固定于第一封盖111B的嵌入槽口，而隔板C另一端固定于第二封盖111C的嵌入槽口，隔板C用于独立分隔每一第一容纳子空间1111，即每一第一容纳子空间1111之间被隔板C分隔而独立不连通。可选地，第一推板115为密封橡胶推板，当第一推板115伸长至最大距离第一容纳子空间1111以及第一气囊112封闭，具体地：当第一推板115伸长至最大距离，此时第一推板115与第一封盖111B接触，第一推板115将第一通孔B被盖合封闭，使得第一容纳子空间1111与第一气囊112无法通过第一导气管116连通，从而实现第一容纳子空间1111以及第一气囊112封闭。

如图1以及图4所示，本发明实施例中，推进模块包括转向旋翼模块21以及尾部推进器22。可选地，转向旋翼模块21包括转向旋翼固定框架211、第一转向旋翼212以及第二转向旋翼213；第一转向旋翼212以及第二转向旋翼213的功率低于尾部推进器22。其中，转向旋翼固定框架211与变体积辅助驱动模块1固定，转向旋翼固定框架211包括至少一槽孔，槽孔的数量根据第一导气管116的数量适应性设置，一个槽孔供一第一导气管116通过。第一转向旋翼212以及第二转向旋翼213对称设置于转向旋翼固定框架211的左右两侧，第一转向旋翼212、第二转向旋翼213以及尾部推进器22与主控系统连接。可选地，第一变体积辅助子驱动模块11固定于转向旋翼固定框架211的前侧或者后侧，本发明实施例中以第一变体积辅助子驱动模块11固定于转向旋翼固定框架211的前侧为例进行说明。

如图1以及图4所示，可选地，变体积辅助驱动模块1还包括第二变体积辅助子驱动模块12，固定于转向旋翼固定框架211的后侧，第二变体积辅助子驱动模块12的结构与第一变体积辅助子驱动模块11类似，包括四个第二变体积单元以及四个第二气囊121为例进行说明。具体地，第二气囊121固定于第二变体积筒仓122外侧，四个第二气囊121环绕第二变体积筒仓122外侧环绕设置，例如四个第二气囊121分别设置于第二变体积筒仓122的左上方，左下方、右上方以及右下方，两两第二气囊121之间通过固定骨骼固定。其中，第二变体积筒仓122具有第二容纳空间(未图示)，第二容纳空间具有四个第二容纳子空间(未图示)，每一第二容纳子空间收容一第二变体积单元(至少一部分)，每一第二变体积单元包括第二微型推杆电机(未图示)、第二推杆(未图示)、第二推板(未图示)以及第二导气管123，第二微型推杆电机、第二推杆以及第二推板收容于第二容纳子空间，第二推杆与第二推板固定，一第二导气管123对应连通一个第二容纳子空间以及一个第二气囊121，即一第二气囊121通过一第二导气管123与一个第二容纳子空间连通。同样地，第二变体积筒仓122具有类似结构，第二容纳子空间之间分隔设置，通过第二推杆的伸缩运动改变第二气囊121的体积，每一第二微型推杆电机与主控系统连接。本发明实施例中，增设第二变体积辅助子驱动模块12能够进一步增加水下机器人的浮力，以及增加水下机器人姿态控制的多样性、精度以及准确度。可选地，槽孔的数量还根据第一导气管116和第二导气管123的总数量适应性设置，一个槽孔供一第一导气管116或者第二导气管123通过。可选地，第一微型推杆电机113以及第二微型推杆电机均可以通过螺栓禁锢固定。

如图1所示，本发明实施例中，头部视觉系统3设置于变体积辅助驱动模块1的前侧，尾部推进器22设置于变体积辅助驱动模块1的后侧。可选地，头部视觉系统3设置于第一变体积辅助子驱动模块11的前侧且与第一变体积辅助子驱动模块11固定，尾部推进器22设置于第二变体积辅助子驱动模块12的后侧与第二变体积辅助子驱动模块12固定，其他实施例中头部视觉系统3可以设置于第二变体积辅助子驱动模块12的后侧，尾部推进器22可以设置于第一变体积辅助子驱动模块11的前侧。

如图1所示，可选地，头部视觉系统3包括摄像头31、探照灯模块(未图示)以及传感器模块(未图示)，摄像头31、探照灯模块以及传感器模块与主控系统连接。可选地，探照灯模块为可调高亮照探灯阵列，摄像头31为双目摄像头，探照灯模块与摄像头31配合可用于水下寻物、水下建筑损伤诊断等任务。

本发明实施例中，主控系统与各个第一微型推杆电机113以及第二微型推杆电机电性连接，控制第一微型推杆电机113驱动第一推杆114以带动第一推板115进行伸缩运动并通过第一导气管116对第一气囊112的体积进行调整。具体地，控制第一微型推杆电机113驱动第一推杆114伸长时，可以将第一容纳子空间1111中的空气通过第一导气管116传送至第一气囊112中，使得第一气囊112的体积增大；相反控制第一微型推杆电机113驱动第一推杆114收缩时，可以将第一气囊112中的空气通过第一导气管116传送至第一容纳子空间1111中，使得第一气囊112的体积减小。需要说明的是，对第二微型推杆电机以及第二推板的控制原理相同，不再赘述。需要说明的是，通过第一气囊112的体积可以为水下机器人提供浮力，而通过对四个第一气囊112采用不同的体积调整策略，则可以控制水下机器人不同方位的浮力，从而控制水下机器人的姿态；而在该基础上进一步结合第二气囊121的体积可以为水下机器人提供更加强浮力，通过增加四个第二气囊121共八个气囊的体积调整策略，则可以丰富控制水下机器人不同方位的浮力的多样性，从而更加多样化、更加精细化地控制水下机器人的姿态。

本发明实施例中，主控系统还用于根据基于变体积辅助驱动的水下机器人在水中深度控制探照灯模块的亮度，以及根据摄像头31以及传感器模块获取的环境数据，调整第一气囊112以及第二气囊121的体积以进行姿态调整。可选地，传感器模块包括但不限于深度传感器、IMU(惯性传感器)以及温度传感器等，深度传感器用于获取水下机器人在水中的深度(水中深度)，摄像头31用于获取水下机器人周边的图像数据。需要说明的是，环境数据包括但不限于摄像头31以及传感器模块所获取的数据。

本发明实施例中，变体积辅助驱动模块1还包括气压单元，气压单元包括若干第一压力传感器以及若干第二压力传感器，其中第一压力传感器设置于第一气囊112的内壁，用于获取每一第一气囊112的第一气压值，第二压力传感器设置于第二气囊121的内壁，用于获取每一第二气囊121的第二气压值。

如图5所示，本发明实施例提供一种控制方法，可以应用于上述基于变体积辅助驱动的水下机器人，包括步骤S100-S200：

S100、获取实时数据。

本发明实施例中，实时数据包括环境数据和/或气压数据。需要说明的是，气压数据可以包括每一第一气囊的气压值，具体为第一气压值，以及包括每一第二气囊的气压值，具体为第二气压值；环境数据包括但不限于摄像头以及传感器模块所获取的数据。

S200、主控系统根据实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制。

可以理解的是，当变体积辅助驱动模块包括第二变体积辅助子驱动模块，则主控系统可以根据实时数据对第一微型推杆电机、第二微型推杆电机以及推进模块进行控制。需要说明的是，本申请实施例中第一微型推杆电机以及第一气囊的控制原理与第二微型推杆电机以及第二气囊的原理相同，因此以第一微型推杆电机以及第一气囊的控制原理为例进行说明，而不代表本发明实施例的控制方法不包含对第二微型推杆电机以及第二气囊的控制。

可选地，步骤S200包括步骤S210或者S220：

S210、当其中一第一气囊的气压值变化异常，控制该第一气囊对应的第一微型推杆电机进行控制以使第一推板伸长至最大距离，封闭该第一气囊以及该第一气囊对应的第一容纳子空间，对其余的第一气囊的体积进行调整以使水下机器人朝向水面，并控制推进模块全速运转。

如图6所示，本发明实施例中，当任意一第一气囊的气压值变化异常，例如出现破裂时，此时第一气囊会进水，主控系统控制第一微型推杆电机转动使得第一推板伸长至最大距离，此时第一推板与第一封盖接触，第一推板将第一通孔被盖合封闭，使得第一容纳子空间与第一气囊无法通过第一导气管连通，从而实现第一容纳子空间以及第一气囊封闭,即封闭该第一气囊以及该第一气囊对应的第一容纳子空间，即使第一气囊破裂进水也不会使得水倒灌至第一容纳子空间中对第一变体积单元造成损坏。然后，对其余的三个第一气囊的体积进行调整以使水下机器人的头部视觉系统或者转向旋翼模块朝向水面，并控制推进模块全速运转，例如控制第一转向旋翼、第二转向旋翼以及尾部推进器全功率运转，通过第一转向旋翼以及第二转向旋翼提供横向的动力并通过尾部推进器提供纵向的动力，使得水下机器人加速逃离水面以保证水下机器人的安全性以及及时对破裂的第一气囊进行维修。可选地，可以通过原非线性力学规律变化曲线是否突变判断第一气囊的气压值是否变化异常。

可选地，主控系统根据实时数据对第一微型推杆电机进行控制中，可以将环境数据输入至深度确定性策略梯度模型中，通过深度确定性策略梯度模型进行分析并输出水下机器人的最优姿态，然后主控系统对第一微型推杆电机(和/或第一微型推杆电机)进行控制以使水下机器人调整为最优姿态。例如，使水下机器人的头部视觉系统或者转向旋翼模块朝向水面时，水下机器人具有多种可能的姿态，而最优姿态可以为使得水下机器人稳定性更高或者逃离水面的距离最短或者逃离水面的逃离时间最短等，进一步提高水下机器人离开水面的效率，提高了安全性。

例如，当最优姿态下具有最优力矩M’，例如以位于第一变体积筒仓右上方以及右下方的第一气囊为例，分别产生浮力F1和浮力F3，将两个力分别投影至相切于以第一变体积筒仓的主体一端的形状(例如圆)以及两个浮力所在点同该圆的圆心的连线方向上，设两浮力方向同其所在点同圆心连线的角度为θ和β，两浮力到圆心的距离均为R，则有实际力矩M＝(F1*SINθ-F3*COSβ)*R，因此主控系统通过调整第一气囊的体积即可调整实际力矩M中的参数从而调整实际力矩M，使得实际力矩M调整至最优力矩M’。其中，每一第一气囊的体积与浮力的关系为：ΔF＝ρ*g*ΔV，该式中ΔF为单位时间内改变浮力，ρ为所在液体密度，g为该区域重力加速度，ΔV为单位时间内第一气囊改变的体积。

需要说明的是，深度确定性策略梯度模型可以为基于强化学习、深度确定性策略梯度算法(DDPG)训练而确定。例如，读取可以读取获取数据或者水下机器人的动作集等连续信息，而这类连续信息可以通过如ROS，GYM等机器人物理仿真平台获取；在模型参数化后，状态、动作这类非离散连续信息转化为相应的状态值、动作值，其中不同状态值对应在无第一转向旋翼以及第二转向旋翼参与下，不同部位的第一气囊(或者包括第二气囊)膨胀到各种程度所呈现的水下机器人姿态，动作值对应第一微型推杆电机增加或缩短的第一推杆距离，运动器概率选择连续运动集中的一种运动策略，将状态值及动作值输入评判器，经训练Q网络获得估计值，同目标估计值进行比较，导入损失函数进行求参，获得参数将分别输入行动器和评判器的优化器中，对网络权重进行更新，同时更新根据行动器所选行动策略的下一时刻状态值，值得注意的是，每完成一次决策，Q函数Q(st，a，r，st+1)，其中Q函数为估值函数，st为该时刻的状态值，a为该时刻动作值，r为该时刻总奖励值，st+1为下一时刻的状态值，将被存入经验池，而经验池将会进行部分采样回放，即概率选择各个时刻的Q值，对行动器及评判器参数进行更新，用于根据总奖励值确定最优的动作(姿态)。

例如，水下机器人可以具有第一种姿态，如加速下潜所采取的其中一种姿势，根据智能控制算法(深度确定性策略梯度算法)中行动器所提取的控制信息，而获得该姿势的方法不一，本质即为产生XOY面上顺时针力矩，使头部朝向水面斜下方，机体会通过智能控制算法，执行概率选择的“最优姿态”，而“最优姿态”的选择取决于强化学习的模型训练参数，即完成该姿势调整时第一微型推杆电机通过智能控制算法选择的距离来实现改变浮力，获得转向所需的最优力矩M’；第二种姿态为面对垂直狭小环境机身所采取姿态策略，第三种为面对横向狭小环境所采取的姿态策略，同上，实现该两种姿态的方法取决于智能姿态控制算法选择的“最优姿态”，具体算法流程为：头部视觉系统获取前方地形的图像数据，通过头部视觉系统或者主控系统进行图像数据的浅色域的矩形分割，生成的最大矩形锚框，即为可容纳机身通过的空间，主控系统决策出最佳通过姿态，执行“最优姿态”，逐渐减小姿态差，调整为决策姿态，通过该狭小环境，可以理解的是，水下机器人的姿态不局限于上述姿态。

S220、当环境数据包括接近水下机器人的目标对象，控制推进模块减速运转，并控制第一微型推杆电机对第一气囊的体积进行调整，当水下机器人调整至朝向空旷区域，控制推进模块加速运转。

如图6所示，本发明实施例中，当摄像头获取到图像数据包含接近水下机器人的目标对象，包括但不限到鱼类或高速运动异物朝向水下机器人运动时(例如对图像数据进行识别确定目标锚框，而目标锚框朝向移速过快或者同一识别目标锚框变大的速率过快)，此时主控系统控制推进模块减速运转，包括但不限于第一转向旋翼、第二转向旋翼以及尾部推进器中的至少一个减速运转，避免与目标对象发生碰撞，然后控制第一微型推杆电机对第一气囊的体积进行调整以调整水下机器人的姿态，通过对图像数据进行分析确定空旷区域(即图像数据中的浅色区域/空旷水域/不存在目标对象的区域)，使得水下机器人的头部视觉系统朝向空旷区域，控制推进模块加速运转，例如控制第一转向旋翼、第二转向旋翼以及尾部推进器中的至少一个加速或者全速运转，以避开目标对象，实现自救功能。

可选地，本发明实施例的控制方法还包括步骤S310-S320，其中S310-S320与步骤S100、S200不限定执行顺序，具体地：

S310、当水中深度出现变化，对探照灯模块的亮度进行调整。

具体地，当水中深度出现变化，主控系统对探照灯模块的亮度进行调整，其中亮度的大小与水中深度呈正比，当水中深度越深，亮度越高，反之越少。本发明实施例中，通过探照灯模块的亮度调整方式，能够补充经水分子及水中杂质瑞利散射损耗的光照,从而减小深水下图像数据或视频数据所面临的水下光散射的影响，使得摄像头获取的数据更加清晰。

S320、在亮度调整后获取原始图像数据，对原始图像数据进行上色以及去雾处理，得到目标图像数据。

具体地，在亮度调整后摄像头拍摄得到原始图像数据，主控系统通过对抗神经对原始图像数据进行上色，进行原始图像数据饱和度的修补，然后通过去雾算法进一步处理以提高目标图像数据的图像质量。需要说明的是，目标图像数据作为环境数据的其中一部分，用于主控系统根据目标图像数据进行情况的判断，包括但不限于目标对象的识别判断，提高目标对象的识别准确率。

综上，本发明实施例的基于变提及辅助驱动的水下机器人体积小，重量轻，减少了水下机器人的能耗，依靠变体积辅助驱动模块即可控制水下的整体升降，而通过变体积辅助驱动模块对俯仰角及侧偏角进行姿态的调节，相比于传统的水下勘测机器人，更加节能,姿态灵活可实现更加复杂的姿态控制；主控系统的控制能减少姿态控制或矫正对人工的依赖，头部视觉系统的探照灯模块能够克服水下勘测任务常遇到的水下光散射问题，且能有效提取环境特征，将信息传递至主控系统；在遇到紧急情况时，例如气囊破裂或者具有目标对象时，主控系统有效帮助主控系统脱离险境。

本发明实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现前述实施例的控制方法。本发明实施例的电子设备包括但不限于手机、平板电脑、电脑、车载电脑等任意智能终端。

上述方法实施例中的内容均适用于本设备实施例中，本设备实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现前述实施例的控制方法。

本发明实施例还提供本发明实施例还提供一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前述实施例的控制方法。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于变体积辅助驱动的水下机器人，其特征在于，包括：

变体积辅助驱动模块，包括第一变体积筒仓、至少两个第一变体积单元以及至少两个第一气囊，所述第一气囊固定于所述第一变体积筒仓外侧，所述第一变体积筒仓具有第一容纳空间，所述第一容纳空间具有至少两个第一容纳子空间，每一所述第一变体积单元包括第一微型推杆电机、第一推杆、第一推板以及第一导气管，所述第一微型推杆电机、所述第一推杆以及所述第一推板收容于第一容纳子空间，所述第一推杆与所述第一推板固定，一所述第一导气管对应连通一个所述第一容纳子空间以及一个所述第一气囊；

推进模块以及主控系统，与所述第一微型推杆电机电性连接，控制所述第一微型推杆电机驱动所述第一推杆以带动所述第一推板进行伸缩运动并通过所述第一导气管对所述第一气囊的体积进行调整；所述主控系统用于根据实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制，所述实时数据包括环境数据和/或气压数据，所述气压数据包括每一所述第一气囊的气压值；所述根据所述实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制，包括：

当其中一第一气囊的气压值变化异常，对该第一气囊对应的第一微型推杆电机进行控制以使第一推板伸长至最大距离，封闭该第一气囊以及该第一气囊对应的第一容纳子空间，对其余的第一气囊的体积进行调整以使水下机器人朝向水面，并控制推进模块全速运转；

或者，

当所述环境数据包括接近水下机器人的目标对象，控制推进模块减速运转，并控制第一微型推杆电机对第一气囊的体积进行调整，当水下机器人调整至朝向空旷区域，控制推进模块加速运转。

2.根据权利要求1所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，其特征在于：所述基于变体积辅助驱动的水下机器人包括四个所述第一气囊以及四个所述第一变体积单元，所述第一容纳空间具有四个第一容纳子空间，每一所述第一容纳子空间收容一所述第一变体积单元，所述第一容纳子空间之间通过隔板分隔，四个所述第一气囊环绕所述第一变体积筒仓外侧设置，所述第一气囊之间通过固定骨骼固定。

3.根据权利要求2所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，其特征在于：所述第一变体积筒仓包括主体、第一封盖以及第二封盖；所述主体包括所述第一容纳空间，所述第一封盖固定于所述主体的一端，所述第二封盖固定于所述主体的另一端，所述第一封盖设置有若干个第一通孔，所述第一封盖以及所述第二封盖均设置有嵌入槽口，所述第一通孔与所述第一导气管对应设置，所述隔板设置于所述嵌入槽口以独立分隔每一所述第一容纳子空间。

4.根据权利要求1-3任一项所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，其特征在于：所述第一推板为密封橡胶推板，当所述第一推板伸长至最大距离所述第一容纳子空间以及所述第一气囊封闭。

5.根据权利要求1所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，其特征在于：所述推进模块包括转向旋翼模块，所述转向旋翼模块包括转向旋翼固定框架、第一转向旋翼以及第二转向旋翼，所述转向旋翼固定框架与所述变体积辅助驱动模块固定，所述转向旋翼固定框架包括至少一槽孔，所述槽孔供所述第一导气管通过，所述第一转向旋翼以及所述第二转向旋翼对称设置于所述转向旋翼固定框架的左右两侧；所述第一转向旋翼以及所述第二转向旋翼与所述主控系统连接。

6.根据权利要求5所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，其特征在于：所述基于变体积辅助驱动的水下机器人还包括头部视觉系统，所述推进模块还包括尾部推进器，所述头部视觉系统设置于所述变体积辅助驱动模块的前侧，所述尾部推进器设置于所述变体积辅助驱动模块的后侧，所述头部视觉系统包括摄像头、探照灯模块以及传感器模块，所述摄像头、所述探照灯模块以及所述传感器模块与所述主控系统连接；所述主控系统用于根据基于变体积辅助驱动的水下机器人在水中深度控制所述探照灯模块的亮度，以及根据所述摄像头以及所述传感器模块获取的环境数据，调整所述第一气囊的体积以进行姿态调整。

7.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述基于变体积辅助驱动的水下机器人，包括：

获取实时数据；所述实时数据包括环境数据和/或气压数据，所述气压数据包括每一第一气囊的气压值；

主控系统根据所述实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制；

所述根据所述实时数据对第一微型推杆电机以及推进模块进行控制，包括：

当其中一第一气囊的气压值变化异常，对第一气囊对应的第一微型推杆电机进行控制以使第一推板伸长至最大距离，封闭该第一气囊以及该第一气囊对应的第一容纳子空间，对其余的第一气囊的体积进行调整以使水下机器人朝向水面，并控制推进模块全速运转；

或者，

当所述环境数据包括接近水下机器人的目标对象，控制推进模块减速运转，并控制第一微型推杆电机对第一气囊的体积进行调整，当水下机器人调整至朝向空旷区域，控制推进模块加速运转。

8.根据权利要求7所述控制方法，其特征在于：所述环境数据包括目标图像数据，所述控制方法还包括：

当水中深度出现变化，对探照灯模块的亮度进行调整；所述亮度的大小与所述水中深度呈正比；

在亮度调整后获取原始图像数据，对所述原始图像数据进行上色以及去雾处理，得到目标图像数据。

9.根据权利要求7所述控制方法，其特征在于：所述根据所述实时数据对第一微型推杆电机进行控制，包括：

将所述环境数据输入深度确定性策略梯度模型，确定水下机器人的最优姿态；

对第一微型推杆电机进行控制以使水下机器人调整为最优姿态。

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