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申请/专利权人：核动力运行研究所

摘要：本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种基于视觉的水下浮游机器人航向控制系统及方法。该控制系统包括浮游机器人、控制计算机和摄像头；所述控制计算机通过控制网线与机器人驱动控制模块连接，机器人驱动控制模块通过机器人脐带缆与浮游机器人连接；所述控制计算机通过视频网线与摄像机驱动解码模块连接，摄像机驱动解码模块过视频传输电缆与摄像头连接。该控制方法包括确定目标航向，确定照片中光斑位置信息，计算当前航向，比较目标航向和当前航向并判断结果调整浮游机器人航向等步骤。有益效果：通过摄像机拍摄搭载于机器人本体的LED灯，可实现机器人航向信息的快速提取，机器人的定航向控制，从而实现浮游机器人的高效水下作业。

主权项：1.一种基于视觉的水下浮游机器人航向控制系统，其特征在于：包括浮游机器人3、控制计算机7和视频采集装置；所述浮游机器人3的顶部安装有光源，所述视频采集装置安装在水池8边沿；所述控制计算机7通过控制网线11与机器人驱动控制模块5连接，机器人驱动控制模块5通过机器人脐带缆9与浮游机器人3连接；所述控制计算机7通过视频网线12与摄像机驱动解码模块6连接，摄像机驱动解码模块6通过视频传输电缆10与视频采集装置连接；所述光源包含第一LED灯1和第二LED灯2，分别采用独立的水密结构封装，内部均具有驱动电路能够控制LED灯的点亮和熄灭频率；所述视频采集装置为摄像机4；所述第一LED灯1的点亮和熄灭时间间隔小于摄像机4的曝光时间周期，所述第二LED灯2的点亮和熄灭时间间隔大于摄像机4的曝光时间周期；所述第一LED灯1和第二LED灯2的安装间距L＞2*Lmax，Lmax为单个LED灯在相邻图像帧中最大的运动位移，其计算公式为Lmax＝VRmax*Tc，式中VRmax为浮游机器人3在水下的最大运动速度、Tc为摄像机拍摄每帧图像的时间间隔；采用上述基于视觉的水下浮游机器人航向控制系统的航向控制方法，依次包括如下步骤：S1.控制计算机7的航向控制器接收到浮游机器人3的目标航向信息；S2.摄像机4拍照发送给摄像机驱动解码模块6，然后提取照片中的LED灯对应的光斑位置信息；S3.控制计算机7通过摄像机4的安装位置信息、S2获得的光斑位置信息和水池8的结构尺寸信息，计算出浮游机器人3的当前航向；S4.航向控制器将S1中接收到的目标航向信息和S3计算得到的当前航向信息进行比较，判断当前航向是否等于目标航向；S5.浮游机器人3根据S4的判断结果选择执行过程：当目标航向等于当前航向，浮游机器人3完成本次航向定位控制；当目标航向不等于当前航向，航向控制器计算浮游机器人3推进器的水平推力分配，并控制推进器运动实现浮游机器人3航向调整；S6.重复执行步骤2～步骤5，直至浮游机器人3完成航向定位控制；所述S2.摄像机4拍照，提取照片中的光斑位置信息通过以下步骤实现：S2.1位于水池8上方的摄像机4拍摄浮游机器人3及其搭载的第一LED灯1和第二LED灯2的视频图像；S2.2摄像机4拍摄的视频图像通过视频传输电缆10传输至摄像机驱动解码模块6，摄像机驱动解码模块6通过内置的光斑识别和提取算法，提取视频图像中光斑的位置信息；假设在当前图像帧摄像机4拍摄到的第一LED灯1和第二LED灯2的光斑经过转换在二维坐标中的位置为P1x1、y1和P2x2、y2，在下一帧图像中第一LED灯1和第二LED灯2的位置变为P3x3、y3和P4x4、y4，分别计算P3、P4到P1、P2的距离： 因此LP1P3和LP1P4中，距离小于Lmax对应的点即为P1点在相邻图像帧中的位置，同理LP2P3和LP2P4中，距离小于Lmax对应的点即为P2点在相邻图像帧中的位置；S2.3摄像机驱动解码模块6将S2.2.获得的光斑位置信息通过视频网线10发送至控制计算机7。

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