一种用于控制水下探测机器人的方法

1.一种用于控制水下探测机器人的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)初始化程序，并打开串口接收通信模块；
2)串口接收中断是否完成，判断控制信息完成标志位，设标志位为1，若是Y，则执行步骤3)，若是N，则执行步骤2)；
3)检测控制信息参数，若是Y，则执行步骤4)，若是N，则执行步骤7)；
4)检测是否是超声波自动测深控制信息，若是Y，则执行步骤5)，若是N，则转向步骤6)；
5)执行超声波自动测深程序，完毕后执行步骤6)；
6)判断是否是视频采集控制信息，若是Y，则执行步骤7)，若是N，则转向执行步骤8)；
7)执行视频采集程序，完毕后执行步骤8)；
8)执行电机控制转速和舵机角度控制程序；
9)打开传感器模块，并收集温度、压力传感模块采集到的数据信息；
10)打开串口发送模块，封装采集到的传感器数据，并发送回控制台。
2.如权利要求1所述一种用于控制水下探测机器人的方法，其特征在于在步骤2)中，控制水下探测机器人的方法的通信方式采用串口透明传输方式，自定义通信协议即串口控制命令，通信系统流程主要步骤如下：
(1)初始化串口模块，并打开串口接收中断；
(2)判断是否接收到控制信息包头，若是Y，则执行步骤(3)，若是N，则转向执行步骤(2)；
(3)判断控制信息是否接收完成，若是Y，则执行步骤(4)，若是N，则转向执行步骤(7)；
(4)将接收到的控制命令与最后一个字节进行对比校验，若是Y，则执行步骤(5)，若是N，则转向执行步骤(7)；
(5)存储控制信息到BUFFER并置完成标志位为1；
(6)清空存储缓冲区并发送完成标志位；
(7)结束。
3.如权利要求1所述一种用于控制水下探测机器人的方法，其特征在于在步骤5)中，控制水下机器人的探测方法的超声波自动测深是当超声波接收模块接收到发送模块发送的测距波形之后，经过测距计算的处理，测出水下机器人的位深，测距算法主要步骤如下：
(1)初始化超声波接收模块，并打开接收中断；
(2)判断接收中断标志位是否置位，若是Y，则执行步骤(3)，若是N，则转向执行步骤(2)；
(3)在2T个周期内截取接收到的波形并采样；
(4)将2T个周期内的采样值做相关处理；
(5)判断是否得到峰值，若是Y，则执行步骤(6)，若是N，则转向执行步骤(3)；
(6)计算距离并上传至控制台。
4.如权利要求1所述一种用于控制水下探测机器人的方法，其特征在于在步骤6)中，控制水下机器人的控制方法的视频采集跟踪主要是：对采集后的连续三幅图像进行差分运算，将前后相邻的两幅图像进行差分，得到的差分图像除去了背景的干扰，对差分图像做滤波处理，用于滤除在图像采集或传输转换过程中产生的噪声，消除特征提取和目标分割的不利影响；对分割得到的运动目标做形态学处理，以消除图像分割后出现的不连续和间隙的视频；并采用卡尔曼滤波跟踪定位目标，通过卡尔曼滤波预测下一帧图像的运动状态，缩小运动目标的提取范围，准确实现运动目标的动态跟踪和视频的采集，视频采集程序主要步骤如下：
(1)初始化视频采集模块及卡尔曼滤波器；
(2)摄像头开始采集图像；
(3)获取连续三帧图像并做差分处理；
(4)图像增强并作形态学处理；
(5)是否捕捉到目标，若是Y，则更新卡尔曼滤波器，若是N，则重置卡尔曼滤波器，完成后转向步骤(6)；
(6)传送采集处理后的视频到陆地控制台。

一种用于控制水下探测机器人的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及机器人控制，特别是涉及一种用于控制水下探测机器人的方法。\n背景技术\n[0002] 近年来水下机器人得到了长足的发展。目前国内研究水下机器人的单位较多，内容也五花八门，但代表国内先进水平的、真正进入实质性试验阶段的仅有几家。哈尔滨工程大学研制的智能水下机器人AUV(中国专利CN103809584A)、中科院沈阳自动化所研制的无人无缆水下机器人UUV(谭民,范永,徐国华.机器人群体协作与控制的研究[J].机器人,\n2001,23(2):178–182)、上海交通大学研制的遥控式水下机器人ROV(王宇鑫；“海螺一型”ROV控制系统结构与艏向控制技术研究[D]；浙江大学；2012年)和中船重工715所研制的拖曳式水下机器人TUV(宋梅萍,顾国昌,张汝波.多移动机器人协作任务的分布式控制系统[J].机器人,2003,25(5):456–460)。然而水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋资源的研究和开发。对人均资源匮乏的我国来说，海洋开发更具有特殊意义。因此，水下机器人将在海洋环境监测、海洋资源勘察、海洋研究、海洋开发和水下工程等海洋科学研究中发挥重要作用。而且发达的军事大国非常重视水下机器人在未来战争中的应用。作为无人武器系统重要组成部分的水下机器人能够以水面舰船或潜艇为基地，在数十或数百里的水下空间完成环境探测、目标识别、情报收集和数据通讯，将大大地扩展了水面舰船或潜艇的作战空间(任福君,张岚,王殿君,孟庆鑫；水下机器人的发展现状[J]；佳木斯大学学报(自然科学版)；2000年04期)。目前各国重点研究的应用包括：水雷对抗、反潜战、情报收集、监视与侦察、目标探测和环境数据收集等。水下机器人将成为未来水下战争中争夺信息优势、实施精确打击与智能攻击、完成战场中特殊作战任务的重要设备之一。目前正处于飞速发展阶段。\n[0003] 由于水下机器人的飞速发展其应用的地方也是越来越广，但是国内外对于水下机器人的控制方法研究并不是很多，这制约了水下机器人的长远发展。因此为了适应水下恶劣的环境情况，需要更好更复杂的控制算法。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种用于控制水下探测机器人的方法。\n[0005] 本发明包括以下步骤：\n[0006] 1)初始化程序，并打开串口接收通信模块；\n[0007] 2)串口接收中断是否完成，判断控制信息完成标志位，设标志位置为1，若是Y，则执行步骤3)，若是N，则执行步骤2)；\n[0008] 3)检测控制信息参数，若是Y，则执行步骤4)，若是N，则执行步骤7)；\n[0009] 4)检测是否是超声波自动测深控制信息，若是Y，则执行步骤5)，若是N，则转向步骤6)；\n[0010] 5)执行超声波自动测深程序，完毕后执行步骤6)；\n[0011] 6)判断是否是视频采集控制信息，若是Y，则执行步骤7)，若是N，则转向执行步骤\n8)；\n[0012] 7)执行视频采集程序，完毕后执行步骤8)；\n[0013] 8)执行电机控制转速和舵机角度控制程序；\n[0014] 9)打开传感器模块，并收集温度、压力传感模块采集到的数据信息；\n[0015] 10)打开串口发送模块，封装采集到的传感器数据，并发送回控制台。\n[0016] 在步骤2)中，控制水下探测机器人的方法的通信方式采用串口透明传输方式，自定义通信协议即串口控制命令，通信系统流程主要步骤如下：\n[0017] (1)初始化串口模块，并打开串口接收中断；\n[0018] (2)判断是否接收到控制信息包头，若是Y，则执行步骤(3)，若是N，则转向执行步骤(2)；\n[0019] (3)判断控制信息是否接收完成，若是Y，则执行步骤(4)，若是N，则转向执行步骤(7)；\n[0020] (4)将接受到的控制命令与最后一个字节进行对比校验，若是Y，则执行步骤(5)，若是N，则转向执行步骤(7)；\n[0021] (5)存储控制信息到BUFFER并置完成标志位为1；\n[0022] (6)清空存储缓冲区并发送完成标志位；\n[0023] (7)结束。\n[0024] 在步骤5)中，控制水下机器人的探测方法的超声波自动测深是当超声波接收模块接收到发送模块发送的测距波形之后，经过测距计算的处理，测出水下机器人的位深，测距算法主要步骤如下：\n[0025] (1)初始化超声波接收模块，并打开接收中断；\n[0026] (2)判断接受中断标志位是否置位，若是Y，则执行步骤(3)，若是N，则转向执行步骤(2)；\n[0027] (3)在2T个周期内截取接收到的波形并采样；\n[0028] (4)将2T个周期内的采样值做相关处理；\n[0029] (5)判断是否得到峰值，若是Y，则执行步骤(6)，若是N，则转向执行步骤(3)；\n[0030] (6)计算距离并上传至控制台。\n[0031] 在步骤6)中，控制水下机器人的控制方法的视频采集跟踪主要是：对采集后的连续三幅图像进行差分运算，将前后相邻的两幅图像进行差分，得到的差分图像除去了背景的干扰，对差分图像做滤波处理，用于滤除在图像采集或传输转换过程中产生的噪声，消除特征提取和目标分割的不利影响。对分割得到的运动目标做形态学处理，以消除图像分割后出现的不连续和间隙的视频。并采用卡尔曼滤波跟踪定位目标，通过卡尔曼滤波预测下一帧图像的运动状态，缩小运动目标的提取范围，准确实现运动目标的动态跟踪和视频的采集，视频采集程序主要步骤如下：\n[0032] (1)初始化视频采集模块及卡尔曼滤波器；\n[0033] (2)摄像头开始采集图像；\n[0034] (3)获取连续三帧图像并做差分处理；\n[0035] (4)图像增强并作形态学处理；\n[0036] (5)是否捕捉到目标，若是Y，则更新卡尔曼滤波器，若是N，则重置卡尔曼滤波器，完成后转向步骤(6)；\n[0037] (6)传送采集处理后的视频到陆地控制台。\n[0038] 本发明的有益效果是：能够应用在水下探测机器人的探测工作过程中。主要包括控制、通信方法以及超声波自动测深方法。控制主要实现了水下主控器控制水下推进器的转动与舵机的角度、控制视频采集跟踪、控制温度压力传感器。通信采用串口透传方法来实现陆地控制台对水下机器人的控制信息的传送与处理。实现陆地控制台与水下机器人的双向通信，并采用自己的串口通信协议，让水下探测机器人通过串口指令对控制信息进行判定从而采取相应的控制动作，实现控制信息的接受、水下机器人的工作状态与参数的采集信息的上传。而且本发明采用了一种新型的超声波测距方法实现水下机器人的自动测深。\n通过超声波测距电路与算法的实现，增加了水下机器人自动测深的准确性与实时性。\n附图说明\n[0039] 图1是本发明系统控制框图；\n[0040] 图2是本发明系统通信流程图；\n[0041] 图3是本发明视频采集跟踪流程图；\n[0042] 图4是本发明超声波测距算法流程图。\n具体实施方式\n[0043] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。\n[0044] 本发明是一种控制水下探测机器人的方法。如图1所示为本发明系统控制框图。主要包括如下几个步骤：\n[0045] 1)初始化程序，并打开串口接收通信模块；\n[0046] 2)串口接收中断是否完成，判断控制信息完成标志位，设标志位置为1，若是Y，则执行步骤3)，若是N，则执行步骤2)；\n[0047] 3)检测控制信息参数，若是Y，则执行步骤4)，若是N，则执行步骤7)；\n[0048] 4)检测是否是超声波自动测深控制信息，若是Y，则执行步骤5)，若是N，则转向步骤6)；\n[0049] 5)执行超声波自动测深程序，完毕后执行步骤6)；\n[0050] 6)判断是否是视频采集控制信息，若是Y，则执行步骤7)，若是N，则转向执行步骤\n8)；\n[0051] 7)执行视频采集程序，完毕后执行步骤8)；\n[0052] 8)执行电机控制转速和舵机角度控制程序；\n[0053] 9)打开传感器模块，并收集温度、压力传感模块采集到的数据信息；\n[0054] 10)打开串口发送模块，封装采集到的传感器数据，并发送回控制台。\n[0055] 如图2所示为本发明提供的系统通信流程图。主要包括如下步骤：\n[0056] (1)初始化串口模块，并打开串口接收中断；\n[0057] (2)判断是否接收到控制信息包头，若是Y，则执行步骤(3)，若是N，则转向执行步骤(2)；\n[0058] (3)判断控制信息是否接收完成，若是Y，则执行步骤(4)，若是N，则转向执行步骤(7)；\n[0059] (4)将接受到的控制命令与最后一个字节进行对比校验，若是Y，则执行步骤(5)，若是N，则转向执行步骤(7)；\n[0060] (5)存储控制信息到BUFFER并置完成标志位为1；\n[0061] (6)清空存储缓冲区并发送完成标志位；\n[0062] (7)结束。\n[0063] 如图3所示为本发明提供的视频采集跟踪流程图。主要包括如下几个步骤：\n[0064] (1)初始化视频采集模块及卡尔曼滤波器；\n[0065] (2)摄像头开始采集图像；\n[0066] (3)获取连续三帧图像并做差分处理；\n[0067] (4)图像增强并作形态学处理；\n[0068] (5)是否捕捉到目标，若是Y，则更新卡尔曼滤波器，若是N，则重置卡尔曼滤波器，完成后转向步骤(6)；\n[0069] (6)传送采集处理后的视频到陆地控制台。\n[0070] 如图4所示为本方法的超声波测距算法流程图。当超声波接受模块接收到发送模块发送的测距波形之后，经过测距算法的处理，测出水下机器人的位深。测距算法主要包括如下主要步骤：\n[0071] (1)初始化超声波接收模块，并打开接收中断；\n[0072] (2)判断接受中断标志位是否置位，若是Y，则执行步骤(3)，若是N，则转向执行步骤(2)；\n[0073] (3)在2T个周期内截取接收到的波形并采样；\n[0074] (4)将2T个周期内的采样值做相关处理；\n[0075] (5)判断是否得到峰值，若是Y，则执行步骤(6)，若是N，则转向执行步骤(3)；\n[0076] (6)计算距离并上传至控制台。\n[0077] 本发明可以满足全天候、实时监测的要求，能够应用在水下探测机器人的探测工作过程中。主要包括控制、通信方法以及超声波自动测深方法。控制主要实现了水下主控器控制水下推进器的转动与舵机的角度、控制视频采集跟踪、控制温度压力传感器。通信采用串口透传方法来实现陆地控制台对水下机器人的控制信息的传送与处理。实现陆地控制台与水下机器人的双向通信，并采用自己的串口透传通信协议，让水下探测机器人通过串口指令对控制信息进行判定从而采取相应的控制动作，实现控制信息的接受、水下机器人的工作状态与参数的采集信息的上传。而且本发明采用了一种新型的超声波测距方法实现水下机器人的自动测深。通过超声波测距电路与算法的实现，增加了水下机器人自动测深的准确性与实时性。