一種水下路障躲避方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下路障躲避方法，該方法包括：1)提供智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)，系統(tǒng)包括紅外線測(cè)距傳感器、水下攝像機(jī)、圖像處理器和TMS320C6000系列DSP，紅外線測(cè)距傳感器用于檢測(cè)前方障礙物到系統(tǒng)的縱向距離，水下攝像機(jī)用于采集前方障礙物圖像，圖像處理器與水下攝像機(jī)連接，用于對(duì)前方障礙物圖像進(jìn)行圖像處理，TMS320C6000系列DSP與紅外線測(cè)距傳感器和圖像處理器分別連接；以及2)使用系統(tǒng)基于縱向距離和圖像處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避。通過(guò)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)水下障礙物的不同躲避模式，提高了水下機(jī)器人系統(tǒng)的智能化程度。
【專利說(shuō)明】一種水下路障躲避方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下路障躲避方法。

【背景技術(shù)】
[0002]水下機(jī)器人也稱無(wú)人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人。水下環(huán)境惡劣危險(xiǎn)，人的潛水深度有限，所以水下機(jī)器人已成為開發(fā)海洋的重要工具。水下機(jī)器人主要可分有，有纜水下機(jī)器人和無(wú)纜水下機(jī)器人兩種，其中有纜水下機(jī)器人又分為水中自航式、拖航式和能在海底結(jié)構(gòu)物上爬行式三種。
[0003]水下機(jī)器人可在高度危險(xiǎn)環(huán)境、被污染環(huán)境以及零可見度的水域代替人工在水下長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，水下機(jī)器人上一般配備聲吶系統(tǒng)、攝像機(jī)、照明燈和機(jī)械臂等裝置，能提供實(shí)時(shí)視頻、聲吶圖像，能夠使用機(jī)械臂抓起重物，水下機(jī)器人在安全搜救、管道檢查、科研教學(xué)、水下娛樂(lè)、能源產(chǎn)業(yè)、考古、漁業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如在安全搜救方面，主要應(yīng)用場(chǎng)合包括檢查大壩、橋墩上是否安裝爆炸物以及結(jié)構(gòu)好壞情況；遙控偵察、危險(xiǎn)品靠近檢查；水下基陣協(xié)助安裝和拆卸；船側(cè)、船底走私物品檢測(cè)；水下目標(biāo)觀察，廢墟、坍塌礦井搜救；搜尋水下證據(jù)；海上救助打撈、近海搜索。
[0004]由于水下機(jī)器人工作環(huán)境的特殊性，即在水下工作且無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)控制，對(duì)水下機(jī)器人的智能化要求比較高。而水下最有可能出現(xiàn)的事故為，水下機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，與障礙物碰撞引起的事故，對(duì)水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p壞。現(xiàn)有技術(shù)中，水下機(jī)器人基本上能夠檢測(cè)到前方是否存在障礙物，并根據(jù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)接收水上控制臺(tái)的避讓指令以完成障礙物避讓，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避讓，更不能根據(jù)障礙物的具體情況制定不同的避讓措施。
[0005]因此，需要一種水下路障躲避方法，攜帶自動(dòng)避讓裝置，并能夠?qū)φ系K物進(jìn)行識(shí)另O，根據(jù)識(shí)別到的不同障礙物的實(shí)際情況，確定具體的不同躲避措施，從而保證水下機(jī)器人水下工作的順利進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種水下路障躲避方法，引入無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人與水上控制平臺(tái)的雙向數(shù)據(jù)通信，引入水下攝像機(jī)和圖像處理設(shè)備對(duì)前方障礙物進(jìn)行智能識(shí)別，根據(jù)不同的識(shí)別結(jié)果控制水下機(jī)器人提供進(jìn)入跨越模式、繞行模式或報(bào)警模式，在保證水下機(jī)器人不受損壞的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的自動(dòng)躲避。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種水下路障躲避方法，該方法包括:1)提供智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括紅外線測(cè)距傳感器、水下攝像機(jī)、圖像處理器和TMS320C6000系列DSP，所述紅外線測(cè)距傳感器用于檢測(cè)前方障礙物到所述系統(tǒng)的縱向距離，所述水下攝像機(jī)用于采集前方障礙物圖像，所述圖像處理器與所述水下攝像機(jī)連接，用于對(duì)所述前方障礙物圖像進(jìn)行圖像處理，所述TMS320C6000系列DSP與所述紅外線測(cè)距傳感器和所述圖像處理器分別連接；以及2)使用所述系統(tǒng)基于所述縱向距離和所述圖像處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避。
[0008]更具體地，在所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)器，根據(jù)用戶的輸入，預(yù)先存儲(chǔ)目標(biāo)上限灰度閾值、目標(biāo)下限灰度閾值、縱向距離閾值、豎向尺寸閾值和橫向尺寸閾值；橫向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)橫向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供橫向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)橫向方向左右移動(dòng)；縱向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)縱向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)縱向方向前后移動(dòng)；豎向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)豎向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供豎向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)豎向方向上下移動(dòng)；所述紅外線測(cè)距傳感器位于所述系統(tǒng)的正前方，還包括紅外線發(fā)射二極管、紅外線接收二極管和運(yùn)算設(shè)備，所述紅外線發(fā)射二極管發(fā)射紅外線信號(hào)，當(dāng)在縱向方向遇到前方障礙物時(shí)，將紅外線信號(hào)反射回來(lái)被所述紅外線接收二極管接收，所述運(yùn)算設(shè)備與所述紅外線發(fā)射二極管和紅外線接收二極管分別連接，基于紅外線信號(hào)發(fā)射接收的時(shí)間差和紅外線信號(hào)的傳播速度，計(jì)算距離前方障礙物的縱向距離；所述水下攝像機(jī)位于所述系統(tǒng)的正前方，還包括密封抗壓外殼，用于為所述水下攝像機(jī)提供水下防護(hù)；所述圖像處理器還包括圖像濾波單元、目標(biāo)識(shí)別單元和尺寸計(jì)算單元，所述圖像濾波單元與所述水下攝像機(jī)連接以接收所述前方障礙物圖像，基于小波濾波算法對(duì)所述前方障礙物圖像執(zhí)行濾波處理以輸出濾波圖像，所述目標(biāo)識(shí)別單元與所述圖像濾波單元和所述存儲(chǔ)器分別連接，將所述濾波圖像中灰度值在所述目標(biāo)上限灰度閾值和所述目標(biāo)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成目標(biāo)圖像，所述尺寸計(jì)算單元與所述目標(biāo)識(shí)別單元連接，以基于所述目標(biāo)圖像計(jì)算所述目標(biāo)圖像中前方障礙物的橫向尺寸和豎向尺寸，所述圖像處理器采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該FPGA芯片為ALTERA公司的EP2C5Q208C8N ;所述TMS320C6000系列DSP與所述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接口、所述存儲(chǔ)器、所述橫向直流電機(jī)、所述縱向直流電機(jī)、所述豎向直流電機(jī)、所述紅外線測(cè)距傳感器、所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器分別連接，當(dāng)接收到所述紅外線測(cè)距傳感器發(fā)送的縱向距離小于等于所述縱向距離閾值時(shí)，啟動(dòng)所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器，并在接收到的豎向尺寸小于等于所述豎向尺寸閾值時(shí)，進(jìn)入機(jī)器跨越模式，在接收到的豎向尺寸大于所述豎向尺寸閾值時(shí)且接收到的橫向尺寸小于等于所述橫向尺寸閾值時(shí)，進(jìn)入機(jī)器繞過(guò)模式，在接收到的豎向尺寸大于所述豎向尺寸閾值時(shí)且接收到的橫向尺寸大于所述橫向尺寸閾值時(shí)，發(fā)送障礙物報(bào)警信號(hào)；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接口，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與水上控制平臺(tái)連接，將所述目標(biāo)圖像和所述目標(biāo)圖像中前方障礙物的橫向尺寸和豎向尺寸發(fā)送給所述水上控制平臺(tái)，在接收到所述障礙物報(bào)警信號(hào)時(shí)將所述障礙物報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給所述水上控制平臺(tái)，并接收所述水上控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令以將所述控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給所述TMS320C6000系列DSP ;其中，在所述機(jī)器跨越模式中，所述TMS320C6000系列DSP先控制所述豎向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供豎向方向的動(dòng)力，隨后控制所述縱向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力；在所述機(jī)器繞過(guò)模式中，所述TMS320C6000系列DSP先控制所述橫向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供橫向方向的動(dòng)力，隨后控制所述縱向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力；其中，所述橫向螺旋槳、所述縱向螺旋槳和所述豎向螺旋槳都位于所述系統(tǒng)的尾部。
[0009]更具體地，在所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)中，還包括供電設(shè)備，為所述系統(tǒng)提供供電電源，并與所述TMS320C6000系列DSP連接以在所述TMS320C6000系列DSP控制下為所述系統(tǒng)提供節(jié)電管理。
[0010]更具體地，在所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)中，所述供電設(shè)備為可充電鋰電池。
[0011]更具體地,在所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)中，所述存儲(chǔ)器為SDRAM (SynchronousDynamic Random Access Memory),即同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。
[0012]更具體地，在所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)中，所述TMS320C6000系列DSP在發(fā)出所述障礙物報(bào)警信號(hào)后，控制所述橫向直流電機(jī)、所述縱向直流電機(jī)和所述豎向直流電機(jī)停止為所述系統(tǒng)提供動(dòng)力，并等待接收所述控制指令。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)的紅外線測(cè)距傳感器的結(jié)構(gòu)方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]水下機(jī)器人即無(wú)人遙控潛水器，其發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)階段。
[0018]從1953年至1974年為第一階段，主要進(jìn)行潛水器的研制和早期的開發(fā)工作。先后研制出20多艘潛水器。其中美國(guó)的CURV系統(tǒng)在西班牙海成功地回收一枚氫彈，引起世界各國(guó)的重視。1953年第一艘無(wú)人遙控潛水器問(wèn)世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘無(wú)人遙控潛水器。特別是1974年以后，由于海洋油氣業(yè)的迅速發(fā)展，無(wú)人遙控潛水器也得到飛速發(fā)展。
[0019]在第二階段，無(wú)人有纜潛水器的研制80年代進(jìn)入了較快的發(fā)展時(shí)期。1975至1985年是遙控潛水器大發(fā)展時(shí)期。到1981年，無(wú)人遙控潛水器發(fā)展到了 400佘艘，其中90%以上是直接或間接為海洋石油開采業(yè)服務(wù)的。海洋石油和天然氣開發(fā)的需要，推動(dòng)了潛水器理論和應(yīng)用的研究，潛水器的數(shù)量和種類都有顯著地增長(zhǎng)。無(wú)人遙控潛水器(包括有纜遙控潛水器、水底爬行潛水器、拖航潛水器、無(wú)纜潛水器)在海洋調(diào)查、海洋石油開發(fā)、救撈等方面發(fā)揮了較大的作用。
[0020]在第三階段，即1985年以來(lái)，這個(gè)時(shí)期增加的潛水器多數(shù)為有纜遙控潛水器，大約為800艘上下，其中420佘艘是直接為海上池氣開采用的。無(wú)人遙控潛水器的發(fā)展相對(duì)慢一些，只研制出26艘，其中工業(yè)用的8艘，其他的均用于軍事和科學(xué)研究。另外，載人和無(wú)人混合理潛水器在這個(gè)時(shí)期也得到發(fā)展，已經(jīng)研制出32艘，其中28用于工業(yè)服務(wù)。
[0021]在水下機(jī)器人的水下操作過(guò)程中，最常見的問(wèn)題是，由于海下環(huán)境的復(fù)雜性，經(jīng)常會(huì)遇到不同形狀的障礙物，需要對(duì)這些障礙物進(jìn)行有效的躲避，以保證水下工作的正常開展。當(dāng)前的水下機(jī)器人都能識(shí)別到障礙物，但需要根據(jù)水上控制平臺(tái)的控制指令才能完成躲避動(dòng)作，而且躲避模式過(guò)于單一，有時(shí)甚至需要繞過(guò)很寬但其實(shí)很低的障礙物才能到達(dá)目的地。
[0022]本發(fā)明的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)，能夠通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息交互，并能夠識(shí)別出障礙物的不同形狀，基于障礙物的形狀確定多種躲避模式，提高水下機(jī)器人的工作效率。
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，所述系統(tǒng)包括紅外線測(cè)距傳感器3、水下攝像機(jī)2、圖像處理器I和數(shù)字信號(hào)處理器DSP 4，DSP 4為TMS320C6000系列，所述紅外線測(cè)距傳感器3用于檢測(cè)前方障礙物到所述系統(tǒng)的縱向距離，所述水下攝像機(jī)2用于采集前方障礙物圖像，所述圖像處理器I與所述水下攝像機(jī)2連接，用于對(duì)所述前方障礙物圖像進(jìn)行圖像處理，所述TMS320C6000系列DSP 4與所述紅外線測(cè)距傳感器3和所述圖像處理器I分別連接，用于基于所述縱向距離和所述圖像處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避。
[0024]接著，繼續(xù)對(duì)本發(fā)明的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)的具體結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)器，根據(jù)用戶的輸入，預(yù)先存儲(chǔ)目標(biāo)上限灰度閾值、目標(biāo)下限灰度閾值、縱向距離閾值、豎向尺寸閾值和橫向尺寸閾值；橫向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)橫向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供橫向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)橫向方向左右移動(dòng)；縱向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)縱向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)縱向方向前后移動(dòng)；豎向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)豎向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供豎向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)豎向方向上下移動(dòng)。
[0026]參照?qǐng)D2所示，所述紅外線測(cè)距傳感器3位于所述系統(tǒng)的正前方，還包括紅外線發(fā)射二極管31、紅外線接收二極管32和運(yùn)算設(shè)備33，所述紅外線發(fā)射二極管31發(fā)射紅外線信號(hào)，當(dāng)在縱向方向遇到前方障礙物時(shí)，將紅外線信號(hào)反射回來(lái)被所述紅外線接收二極管接收32，所述運(yùn)算設(shè)備33與所述紅外線發(fā)射二極管31和紅外線接收二極管32分別連接，基于紅外線信號(hào)發(fā)射接收的時(shí)間差和紅外線信號(hào)的傳播速度，計(jì)算距離前方障礙物的縱向距離。
[0027]所述水下攝像機(jī)2位于所述系統(tǒng)的正前方，還包括密封抗壓外殼，用于為所述水下攝像機(jī)2提供水下防護(hù)。
[0028]所述圖像處理器I還包括圖像濾波單元、目標(biāo)識(shí)別單元和尺寸計(jì)算單元，所述圖像濾波單元與所述水下攝像機(jī)2連接以接收所述前方障礙物圖像，基于小波濾波算法對(duì)所述前方障礙物圖像執(zhí)行濾波處理以輸出濾波圖像，所述目標(biāo)識(shí)別單元與所述圖像濾波單元和所述存儲(chǔ)器分別連接，將所述濾波圖像中灰度值在所述目標(biāo)上限灰度閾值和所述目標(biāo)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成目標(biāo)圖像，所述尺寸計(jì)算單元與所述目標(biāo)識(shí)別單元連接，以基于所述目標(biāo)圖像計(jì)算所述目標(biāo)圖像中前方障礙物的橫向尺寸和豎向尺寸，所述圖像處理器采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該FPGA芯片為ALTERA公司的EP2C5Q208C8N。
[0029]所述TMS320C6000系列DSP 4與所述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接口、所述存儲(chǔ)器、所述橫向直流電機(jī)、所述縱向直流電機(jī)、所述豎向直流電機(jī)、所述紅外線測(cè)距傳感器3、所述水下攝像機(jī)2和所述圖像處理器I分別連接，當(dāng)接收到所述紅外線測(cè)距傳感器3發(fā)送的縱向距離小于等于所述縱向距離閾值時(shí)，啟動(dòng)所述水下攝像機(jī)2和所述圖像處理器1，并在接收到的豎向尺寸小于等于所述豎向尺寸閾值時(shí)，進(jìn)入機(jī)器跨越模式，在接收到的豎向尺寸大于所述豎向尺寸閾值時(shí)且接收到的橫向尺寸小于等于所述橫向尺寸閾值時(shí)，進(jìn)入機(jī)器繞過(guò)模式，在接收到的豎向尺寸大于所述豎向尺寸閾值時(shí)且接收到的橫向尺寸大于所述橫向尺寸閾值時(shí)，發(fā)送障礙物報(bào)警信號(hào)。
[0030]所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)還包括無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接口，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與水上控制平臺(tái)連接，將所述目標(biāo)圖像和所述目標(biāo)圖像中前方障礙物的橫向尺寸和豎向尺寸發(fā)送給所述水上控制平臺(tái)，在接收到所述障礙物報(bào)警信號(hào)時(shí)將所述障礙物報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給所述水上控制平臺(tái)，并接收所述水上控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令以將所述控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給所述TMS320C6000 系列 DSP 4。
[0031]其中，在所述機(jī)器跨越模式中，所述TMS320C6000系列DSP 4先控制所述豎向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供豎向方向的動(dòng)力，隨后控制所述縱向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力；在所述機(jī)器繞過(guò)模式中，所述TMS320C6000系列DSP 4先控制所述橫向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供橫向方向的動(dòng)力，隨后控制所述縱向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力；所述橫向螺旋槳、所述縱向螺旋槳和所述豎向螺旋槳都位于所述系統(tǒng)的尾部。
[0032]其中，在所述智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)中，還可以包括供電設(shè)備，為所述系統(tǒng)提供供電電源，并與所述TMS320C6000系列DSP 4連接以在所述TMS320C6000系列DSP 4控制下為所述系統(tǒng)提供節(jié)電管理，所述供電設(shè)備可選擇為可充電鋰電池，所述存儲(chǔ)器可選擇為 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory),即同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器,所述TMS320C6000系列DSP 4在發(fā)出所述障礙物報(bào)警信號(hào)后，可以控制所述橫向直流電機(jī)、所述縱向直流電機(jī)和所述豎向直流電機(jī)停止為所述系統(tǒng)提供動(dòng)力，并等待接收所述控制指令。
[0033]另外,數(shù)字信號(hào)處理器(DSP,即Digital Signal Processor)是進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的專用芯片，是伴隨著微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的新器件。數(shù)字信號(hào)處理器并非只局限于音視頻層面，他廣泛的應(yīng)用于通信與信息系統(tǒng)、信號(hào)與信息處理、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器等許多領(lǐng)域。以往是采用通用的微處理器來(lái)完成大量數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算，速度較慢，難以滿足實(shí)際需要；而同時(shí)使用位片式微處理器和快速并聯(lián)乘法器，曾經(jīng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的有效途徑，但此方法器件較多，邏輯設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，耗電較大，價(jià)格昂貴。數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)，很好的解決了上述問(wèn)題。DSP可以快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。
[0034]另外，F(xiàn)PGA(Field Programmable Gate Array),即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，是在 PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。他是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
[0035]FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB (Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊 1B (Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個(gè)部分?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表(16X1RAM)來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來(lái)驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)1/0，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到1/0模塊。FPGA的邏輯是通過(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與1/0間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無(wú)限次的編程。
[0036]采用本發(fā)明的智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)有水下機(jī)器人系統(tǒng)的識(shí)別障礙物的信息較少、無(wú)法完成有效自動(dòng)躲避的技術(shù)問(wèn)題，利用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)達(dá)成與水上控制平臺(tái)的雙向通信，關(guān)鍵的是，通過(guò)水下攝像設(shè)備和圖像處理設(shè)備完成對(duì)前方障礙物的尺寸的識(shí)別，根據(jù)具體尺寸制定不同的躲避策略，防止躲避策略單一而引起的躲避效率較低的現(xiàn)象出現(xiàn)。
[0037]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水下路障躲避方法，該方法包括: 1)提供智能化水下機(jī)器人系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括紅外線測(cè)距傳感器、水下攝像機(jī)、圖像處理器和TMS320C6000系列DSP，所述紅外線測(cè)距傳感器用于檢測(cè)前方障礙物到所述系統(tǒng)的縱向距離，所述水下攝像機(jī)用于采集前方障礙物圖像，所述圖像處理器與所述水下攝像機(jī)連接，用于對(duì)所述前方障礙物圖像進(jìn)行圖像處理，所述TMS320C6000系列DSP與所述紅外線測(cè)距傳感器和所述圖像處理器分別連接；以及 2)使用所述系統(tǒng)基于所述縱向距離和所述圖像處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 存儲(chǔ)器，根據(jù)用戶的輸入，預(yù)先存儲(chǔ)目標(biāo)上限灰度閾值、目標(biāo)下限灰度閾值、縱向距離閾值、豎向尺寸閾值和橫向尺寸閾值； 橫向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)橫向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供橫向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)橫向方向左右移動(dòng)； 縱向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)縱向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)縱向方向前后移動(dòng)； 豎向直流電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)豎向螺旋槳，為所述系統(tǒng)提供豎向方向的動(dòng)力，控制所述系統(tǒng)豎向方向上下移動(dòng)； 所述紅外線測(cè)距傳感器位于所述系統(tǒng)的正前方，還包括紅外線發(fā)射二極管、紅外線接收二極管和運(yùn)算設(shè)備，所述紅外線發(fā)射二極管發(fā)射紅外線信號(hào)，當(dāng)在縱向方向遇到前方障礙物時(shí)，將紅外線信號(hào)反射回來(lái)被所述紅外線接收二極管接收，所述運(yùn)算設(shè)備與所述紅外線發(fā)射二極管和紅外線接收二極管分別連接，基于紅外線信號(hào)發(fā)射接收的時(shí)間差和紅外線信號(hào)的傳播速度，計(jì)算距離前方障礙物的縱向距離； 所述水下攝像機(jī)位于所述系統(tǒng)的正前方，還包括密封抗壓外殼，用于為所述水下攝像機(jī)提供水下防護(hù)； 所述圖像處理器還包括圖像濾波單元、目標(biāo)識(shí)別單元和尺寸計(jì)算單元，所述圖像濾波單元與所述水下攝像機(jī)連接以接收所述前方障礙物圖像，基于小波濾波算法對(duì)所述前方障礙物圖像執(zhí)行濾波處理以輸出濾波圖像，所述目標(biāo)識(shí)別單元與所述圖像濾波單元和所述存儲(chǔ)器分別連接，將所述濾波圖像中灰度值在所述目標(biāo)上限灰度閾值和所述目標(biāo)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成目標(biāo)圖像，所述尺寸計(jì)算單元與所述目標(biāo)識(shí)別單元連接，以基于所述目標(biāo)圖像計(jì)算所述目標(biāo)圖像中前方障礙物的橫向尺寸和豎向尺寸，所述圖像處理器采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該FPGA芯片為ALTERA公司的EP2C5Q208C8N ； 所述TMS320C6000系列DSP與所述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接口、所述存儲(chǔ)器、所述橫向直流電機(jī)、所述縱向直流電機(jī)、所述豎向直流電機(jī)、所述紅外線測(cè)距傳感器、所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器分別連接，當(dāng)接收到所述紅外線測(cè)距傳感器發(fā)送的縱向距離小于等于所述縱向距離閾值時(shí)，啟動(dòng)所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器，并在接收到的豎向尺寸小于等于所述豎向尺寸閾值時(shí)，進(jìn)入機(jī)器跨越模式，在接收到的豎向尺寸大于所述豎向尺寸閾值時(shí)且接收到的橫向尺寸小于等于所述橫向尺寸閾值時(shí)，進(jìn)入機(jī)器繞過(guò)模式，在接收到的豎向尺寸大于所述豎向尺寸閾值時(shí)且接收到的橫向尺寸大于所述橫向尺寸閾值時(shí)，發(fā)送障礙物報(bào)警信號(hào)； 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接口，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與水上控制平臺(tái)連接，將所述目標(biāo)圖像和所述目標(biāo)圖像中前方障礙物的橫向尺寸和豎向尺寸發(fā)送給所述水上控制平臺(tái)，在接收到所述障礙物報(bào)警信號(hào)時(shí)將所述障礙物報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給所述水上控制平臺(tái)，并接收所述水上控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令以將所述控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給所述TMS320C6000系列DSP ； 其中，在所述機(jī)器跨越模式中，所述TMS320C6000系列DSP先控制所述豎向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供豎向方向的動(dòng)力，隨后控制所述縱向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力；在所述機(jī)器繞過(guò)模式中，所述TMS320C6000系列DSP先控制所述橫向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供橫向方向的動(dòng)力，隨后控制所述縱向直流電機(jī)為所述系統(tǒng)提供縱向方向的動(dòng)力； 其中，所述橫向螺旋槳、所述縱向螺旋槳和所述豎向螺旋槳都位于所述系統(tǒng)的尾部。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 供電設(shè)備，為所述系統(tǒng)提供供電電源，并與所述TMS320C6000系列DSP連接以在所述TMS320C6000系列DSP控制下為所述系統(tǒng)提供節(jié)電管理。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于: 所述供電設(shè)備為可充電鋰電池。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于: 所述存儲(chǔ)器為 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory),即同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于: 所述TMS320C6000系列DSP在發(fā)出所述障礙物報(bào)警信號(hào)后，控制所述橫向直流電機(jī)、所述縱向直流電機(jī)和所述豎向直流電機(jī)停止為所述系統(tǒng)提供動(dòng)力，并等待接收所述控制指令。
【文檔編號(hào)】B63C11/52GK104210629SQ201410508025
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】孫春蘭 申請(qǐng)人:江蘇華宏實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司