【技術實現步驟摘要】
本申請涉及水下監測機器人監控，特別是涉及一種船用水下監測機器人的控制系統及其方法。
技術介紹
1、由于艦船水下作業環境光線暗、水流速度快且作業空間狹窄，而艦船的水下監測對海洋探索、航行安全和設備維護等具有決定性影響，為此，艦船水下作業環境的監測在海洋經濟和生態平衡方面發揮重要作用。
2、但是當前國內主流的水下監測機器人由于受到在環境和運動姿態傳感器精準度以及控制算法復雜度的影響，往往導致探測效果不理想，并且由于障礙物多、水流流速快，且在狹小空間作業，這也導致人工干預過多，作業難度也更大，同時增大了發生故障的可能性；另外，由于大多數只是支持短距離通信所以相對來說抗干擾能力較弱，傳輸數據很難保證質量。
技術實現思路
1、基于此，有必要針對現有技術中的船用水下監測機器人的探測效果不理想的問題，提出一種船用水下監測機器人的控制系統及其方法。
2、為了實現上述目的，本申請實施例提供了一種船用水下監測機器人的控制系統，包括如下步驟：
3、主控模塊，所述主控模塊根據視頻數據壓縮協議將采集到的作業環境數據和運動姿態數據進行壓縮、編碼，然后通過無線通信模塊向控制中心發送壓縮及編碼后的作業環境數據和運動姿態數據，控制中心根據需求向主控模塊反饋姿態控制信息，主控模塊接收到姿態控制信息后通過運動控制模塊控制機器人的運動狀態；
4、環境信息采集模塊，所述環境信息采集模塊用于采集作業環境的視頻信號、渾濁度和溫度；
5、姿態信息采集模塊，所述姿態信息采
6、無線通信模塊，所述無線通信模塊用于將采集到的作業環境數據和運動姿態數據經過壓縮及編碼后發送至控制中心；
7、運動控制模塊，所述運動控制模塊接收到控制中心反饋的姿態控制信息后，控制機器人按照期望的姿態運行。
8、優選地，所述主控模塊包括stm32mp1微處理器及tms320c6472微處理器；
9、所述stm32mp1微處理器用于對環境信息采集模塊和姿態信息采集模塊進行驅動；
10、所述tms320c6472微處理器用于根據視頻數據壓縮協議將采集到的作業環境數據和運動姿態數據進行壓縮、編碼，及接收控制中心反饋的姿態控制信息。
11、優選地，所述環境信息采集模塊包括led燈、溫度傳感器、渾濁度傳感器及視頻采集傳感器。
12、優選地，所述姿態信息采集模塊包括運動姿態傳感器、深度傳感器、壓力傳感器及聲吶傳感器；
13、所述運動姿態傳感器采用型號為mpu9250的九軸運動傳感器，所述九軸運動傳感器包括三軸磁力計、三軸陀螺儀和、三軸加速度計及dmp動態運動處理器。
14、優選地，所述運動控制模塊包括運動裝置和控制模塊，運動控制采用伺服電機來實現，所述運動控制模塊的控制方法包括開環控制方法和閉環控制方法，所述開環控制方法用于對機器人的運動進行控制，所述閉環控制方法用于對機器人的運動姿態進行反饋。
15、本申請還提供了一種船用水下監測機器人的控制方法，其包括如下步驟：
16、采用stm32mp1微處理器對環境信息采集模塊和姿態信息采集模塊進行驅動，開啟led燈，并完成溫度、渾濁度、視頻信號，以及碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據采集；
17、根據視頻數據壓縮協議將采集到的溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據進行壓縮、編碼；
18、通過無線通信模塊向控制中心發送壓縮及編碼后的溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據；
19、控制中心根據需求向主控模塊反饋姿態控制信息，主控模塊接收到姿態控制信息后通過運動控制模塊控制機器人的運動狀態。
20、優選地，所述控制中心根據需求向主控模塊反饋姿態控制信息，主控模塊接收到姿態控制信息后通過運動控制模塊控制機器人的運動狀態包括：
21、在慣性坐標系中用坐標(x0，y0，z0)表示機器人的位置，用(φ，θ，ψ)表示機器人的姿態角，θ，ψ分別表示橫搖角、縱傾角、艏向角，載體坐標系中用(p，q，r)和(u，v，w)表示機器人的角速度和線速度，如下公式為機器人運動學轉化方程：
22、
23、在公式(1)中，慣性坐標系中機器人位置和角度量為載體坐標系中機器人的線速度和角速度為v＝[u0，v0，w0，p，q，r]t，載體坐標系和慣性坐標系間位姿轉換矩陣用j(η)表示；
24、慣性坐標系中位置和角度變量以及在載體坐標系中的角速度和線速度變量存在以下關聯：
25、
26、假設提前給定的期望軌跡為ηd＝[x0d，y0d，ψ]t，期望軌跡與實際軌跡之間的誤差公式為：
27、eη(t)＝ηd(t)-η(t)????(3)；
28、當期望軌跡與實際軌跡之間的誤差趨近于零時的，即可得到反饋的姿態控制信息，計算公式如下：
29、
30、通過公式(1)-(4)計算出需要反饋的姿態控制信息，運動控制模塊根據所反饋的姿態控制信控制伺服電機改變機器人的運動狀態。
31、優選地，所述通過無線通信模塊向控制中心發送壓縮及編碼后的溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據包括如下步驟：
32、對溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的低頻數字信號進行調制然后完成d/a轉換得到模擬信號；
33、對模擬信號進行分頻處理，放大分頻信號功率；
34、然后將放大功率的分頻信號發送至控制中心。
35、優選地，所述視頻信號采集的方法為：
36、首先對視頻采集傳感器的幀率、分辨率進行初始化操作，并對緩沖區進行配置，完成視頻采集傳感器通道的建立，同時對視頻采集傳感器的接口屬性進行設置；
37、以實際需求為基礎對isp模塊驅動以處理圖像，再向vpss模塊發送采集圖像。
38、優選地，所述根據視頻數據壓縮協議將采集到的溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據進行壓縮、編碼包括如下步驟：
39、配置編碼格式、碼流比特率和疊加時間戳信息；
40、設置h.264編碼相關參數；
41、從vpss模塊獲取編碼碼流；
42、編碼完成后將編碼通道銷毀掉。
43、本專利技術所提供的一種船用水下監測機器人的控制系統及其方法具有如下優點和有益效果：
44、本申請的船用水下監測機器人能夠實現定深控制和姿態控制，且運動控制能力較為理想；
45、攝像頭能夠對水下畫面清晰的拍攝，并實時將圖像向岸上控制中心反饋；
46、船用水下監測機器人控制系統可以精準穩定的運行，在淺層水域中可以正常工作，對淺層水域水下監測等作業領域具有重要的影響。
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1.一種船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述主控模塊包括STM32MP?1微處理器及TMS320C6472微處理器；
3.根據權利要求1所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述環境信息采集模塊包括LED燈、溫度傳感器、渾濁度傳感器及視頻采集傳感器。
4.根據權利要求3所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述姿態信息采集模塊包括運動姿態傳感器、深度傳感器、壓力傳感器及聲吶傳感器；
5.根據權利要求4所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述運動控制模塊包括運動裝置和控制模塊，運動控制采用伺服電機來實現，所述運動控制模塊的控制方法包括開環控制方法和閉環控制方法，所述開環控制方法用于對機器人的運動進行控制，所述閉環控制方法用于對機器人的運動姿態進行反饋。
6.一種船用水下監測機器人的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的船用水下監測機器人的控制方法，其特征在于，所述控制中心根
8.根據權利要求6所述的船用水下監測機器人的控制方法，其特征在于，所述通過無線通信模塊向控制中心發送壓縮及編碼后的溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據包括如下步驟：
9.根據權利要求6所述的船用水下監測機器人的控制方法，其特征在于，所述視頻信號采集的方法為：
10.根據權利要求6所述的船用水下監測機器人的控制方法，其特征在于，所述根據視頻數據壓縮協議將采集到的溫度、渾濁度、視頻信號、碰撞聲吶、壓力、深度、運動狀態的數據進行壓縮、編碼包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述主控模塊包括stm32mp?1微處理器及tms320c6472微處理器；
3.根據權利要求1所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述環境信息采集模塊包括led燈、溫度傳感器、渾濁度傳感器及視頻采集傳感器。
4.根據權利要求3所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述姿態信息采集模塊包括運動姿態傳感器、深度傳感器、壓力傳感器及聲吶傳感器；
5.根據權利要求4所述的船用水下監測機器人的控制系統，其特征在于，所述運動控制模塊包括運動裝置和控制模塊，運動控制采用伺服電機來實現，所述運動控制模塊的控制方法包括開環控制方法和閉環控制方法，所述開環控制方法用于對機器人的運動進行控制，所述閉環控制方法用于對機器人的運...
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