空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统及其控制方法，该系统包括空中机器人、海面机器人、以及水下机器人；所述空中机器人包括空中机器人环境感知模块、空中机器人数据采集模块、空中机器人远程控制模块；所述海面机器人包括海面机器人环境感知模块、海面机器人数据采集模块、海面机器人远程控制模块以及协同控制模块；所述水下机器人包括水下机器人环境感知模块、水下机器人数据采集模块、水下机器人远程控制模块。本发明专利技术的系统集成了空中机器人、海面机器人、以及水下机器人，采用远程控制实现各机器人与陆上主机远程控制和信息传输，实现了协同高效工作。

Remote Stereo cooperative control system and control method of air sea underwater multi robot

【技术实现步骤摘要】
空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统及其控制方法
本专利技术涉及的海洋机器人的
，具体涉及一种空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统及其控制方法。
技术介绍
目前，随着我国经济的快速发展，科技的发展和进步，单一的空中空间或是海面空间或是海底空间已经不再能满足人们的科学探索和日常生活中的方方面面的应用，不论是天空，海面还是海底，人类活动越来越频繁，场景现场越发复杂多样化，具备着各种各样功能的机器人应运而生，它们在生产生活各个方面代替着人类扮演着多样化的角色，为社会提供着便利，让人们的安全更有保障。就目前而言，单一功能的机器人已经慢慢融入到了各行各业中，对于日趋智能化的今天，同一个系统中单一功能机器人已经不能满足需要了，协同系统因为具有很不错的适应性和自治性，已经成为控制领域的一个重要方向，多个机器人构成的系统是其应用层面的一个很重要的分支。现有的海上机器人存在如下不足：(1)常规无人机，无人船，无人艇类机器人工作范围所限，所能到达的工作区域只能仅限于空中，海面或是水下，不能进行很好的轨迹追踪，跟踪拍摄等类型的任务；(2)多机器人由于上述各工作环境的局限性，通过终端各部分单独控制，不能很好的信息交流，或是会出现信息传输处理延误，造成不必要的损失；(3)常规单一功能机器人在海上都有着移动信息交换平台，比如说有人船等大型载体，通讯距离不是很远，使用移动网络或是无线电通信(如CDMA、GPRS、4G)，但由于使用远程控制，不具备这样的条件，受到通信距离的限制，这种通讯方式不能用于深远海的数据通信；(4)常规无人机，无人船，无人艇类机器人功耗问题是一个难点，海上环境复杂，难以回收后人工充电。综上所述，由于现阶段应用于海洋方面的机器人领域，应用方式较为单一，只能完成单一项水下工作、海面工作或是空中工作，其中使用的各种各样的机器人控制太过繁琐，功能各异，需要数个控制终端配合着工作，且各单位之间的协调性很差，对于完成工作的所要消耗的人力物力和工作效率都要大打折扣，因此，需要设计一种海洋方面的多机器人协同控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
的不足，而提供一种空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统及其控制方法，该系统集成了空中机器人、海面机器人、以及水下机器人，采用远程控制实现各机器人与陆上主机远程控制和信息传输，实现了协同高效工作。为实现上述目的，本专利技术提供一种空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，包括空中机器人、海面机器人、以及水下机器人；所述空中机器人包括空中机器人环境感知模块、空中机器人数据采集模块、空中机器人远程控制模块，所述空中机器人环境感知模块的信号输出端与空中机器人数据采集模块的信号输入端连接，所述空中机器人数据采集模块的输出端与空中机器人远程控制模块的数据输入端连接；所述海面机器人包括海面机器人环境感知模块、海面机器人数据采集模块、海面机器人远程控制模块以及协同控制模块，所述海面机器人环境感知模块的信号输出端与海面机器人数据采集模块的信号输入端连接，所述海面机器人数据采集模块的数据信号输出端与海面机器人远程控制模块的数据输入端连接；所述水下机器人包括水下机器人环境感知模块、水下机器人数据采集模块、水下机器人远程控制模块，所述水下机器人环境感知模块的信号输出端与水下机器人数据采集模块的数据输入端连接，所述水下机器人数据采集模块的数据输出端与水下机器人远程控制模块的信号输入端连接；所述协同控制模块的信号传输端分别与空中机器人远程控制模块、海面机器人环境感知模块、水下机器人远程控制模块的信号传输端连接。上述技术方案中，还包括陆上远程监测主机，所述陆上远程监测主机的信号传输端通过卫星与协同控制模块的信号传输端连接。上述技术方案中，所述海面机器人还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块的电输出端分别与空中机器人、水下机器人的电输入端连接。上述技术方案中，所述海面机器人还包括释放回收模块，所述释放回收模块的控制信号输入端与协同控制模块的控制信号输出端连接。上述技术方案中，所述空中机器人环境感知模块、海面机器人环境感知模块、水下机器人环境感知模块均由摄像头单元和声纳单元组成。上述技术方案中，所述空中机器人数据采集模块由空中机器人微处理器、运动处理传感器单元以及电子罗盘单元组成；所述海面机器人数据采集模块由运动处理传感器单元、电子罗盘单元组成；所述水下机器人数据采集模块由水下机器人微处理器、运动处理传感器单元、电子罗盘单元组成。上述技术方案中，所述空中机器人远程控制模块、海面机器人远程控制模块、水下机器人远程控制模块均由无线透传单元、卫星通讯单元组成。上述技术方案中，所述太阳能供电模块由太阳能电池板、蓄电池组以及逆变器组成。上述技术方案中，所述释放回收模块由两组伺服电机和抓手组成，所述伺服电机的控制信号输出端与抓手的控制信号输入端连接。本专利技术还提供一种上述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统的控制方法，包括如下步骤：1)空中海面水下三机器人接收任务指令：待机中的空中机器人、海面机器人、以及水下机器人收到陆上远程监测主机发送的前往某区域对具备某特征的目标物进行搜索追踪拍摄任务，激活释放回收模块，驱动两组伺服电机，张开抓手释放空中机器人和水下机器人，确定空中机器人、海面机器人、以及水下机器人三个机器人共同前去执行该任务；2)空中海面水下三机器人感知环境信息：空中机器人、海面机器人、以及水下机器人运动到指定区域，通过由各自的环境感知模块进行环境信息的获取，并将获取到的该区域的环境信息实时通过各自的远程控制模块送给协同控制模块，用于其判断和决策；3)协同控制模块判断该区域是否出现符合目标特征的目标物：协同控制模块根据各机器人上传的环境信息判断该区域是否出现了主机发送任务中提及的符合目标特征的目标物体，若目标物未出现，则各机器人继续搜索；若目标物出现，返回目标出现信息；4)协同控制模块自动命令各机器人前往目标地：处理空中机器人、海面机器人、以及水下机器人三个机器人反馈的环境信息和坐标信息相关数据，自动建立对目标物全角度立体跟踪及拍摄模型，生成各机器人要摆成跟踪拍摄所需三角形阵型所要前往的目的坐标，自行将坐标发送给各机器人命令其前往；5)机器人到达目的坐标展开跟踪拍摄任务：空中机器人、海面机器人、以及水下机器人持续收到不断更正的坐标信息，展开追踪式三位一体全角度同步拍摄，并同时将坐标和所拍摄内容回传给陆上远程监测主机；6)是否有机器人电量不足：空中机器人、海面机器人、以及水下机器人在采集所产生的信息的同时，也传输各机器人剩余电量信息，若某机器人电量不足，协同控制模块则通过对应的远程控制模块命令其返回海面机器人上充电；7)机器人返回充电：协同控制模块持续确认各机器人坐标位置，在到来的机器人就位前，激活释放回收模块，驱动对应的伺服电机，张开对应的抓手，在到来的机器人就位后合上抓手，目的是把空中机器人或水下机器人固定机器人固定在海面机器人船体上，确保充电过程的顺利进行；8)机器人充电完成：当某机器人充电完成时，返回信息给协同控制模块，查看当前是否有再进行的任务，若无，则不派出该机器人，若有，激活释放回收模块，驱动对应的伺服电机，张开对应的抓手，释放对应机器人，同时，协同控制模块命令该机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：包括空中机器人(1)、海面机器人(2)、以及水下机器人(3)；所述空中机器人(1)包括空中机器人环境感知模块(6)、空中机器人数据采集模块(7)、空中机器人远程控制模块(8)；所述空中机器人环境感知模块(6)的信号输出端与空中机器人数据采集模块(7)的信号输入端连接，所述空中机器人数据采集模块(7)的输出端与空中机器人远程控制模块(8)的数据输入端连接；所述海面机器人(2)包括海面机器人环境感知模块(9)、海面机器人数据采集模块(10)、海面机器人远程控制模块(11)以及协同控制模块(15)，所述海面机器人环境感知模块(9)的信号输出端与海面机器人数据采集模块(10)的信号输入端连接，所述海面机器人数据采集模块(10)的数据信号输出端与海面机器人远程控制模块(11)的数据输入端连接；所述水下机器人(3)包括水下机器人环境感知模块(12)、水下机器人数据采集模块(13)、水下机器人远程控制模块(14)，所述水下机器人环境感知模块(12)的信号输出端与水下机器人数据采集模块(13)的数据输入端连接，所述水下机器人数据采集模块(13)的数据输出端与水下机器人远程控制模块(14)的信号输入端连接；所述协同控制模块(15)的信号传输端分别与空中机器人远程控制模块(8)、海面机器人环境感知模块(9)、水下机器人远程控制模块(14)的信号传输端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：包括空中机器人(1)、海面机器人(2)、以及水下机器人(3)；所述空中机器人(1)包括空中机器人环境感知模块(6)、空中机器人数据采集模块(7)、空中机器人远程控制模块(8)；所述空中机器人环境感知模块(6)的信号输出端与空中机器人数据采集模块(7)的信号输入端连接，所述空中机器人数据采集模块(7)的输出端与空中机器人远程控制模块(8)的数据输入端连接；所述海面机器人(2)包括海面机器人环境感知模块(9)、海面机器人数据采集模块(10)、海面机器人远程控制模块(11)以及协同控制模块(15)，所述海面机器人环境感知模块(9)的信号输出端与海面机器人数据采集模块(10)的信号输入端连接，所述海面机器人数据采集模块(10)的数据信号输出端与海面机器人远程控制模块(11)的数据输入端连接；所述水下机器人(3)包括水下机器人环境感知模块(12)、水下机器人数据采集模块(13)、水下机器人远程控制模块(14)，所述水下机器人环境感知模块(12)的信号输出端与水下机器人数据采集模块(13)的数据输入端连接，所述水下机器人数据采集模块(13)的数据输出端与水下机器人远程控制模块(14)的信号输入端连接；所述协同控制模块(15)的信号传输端分别与空中机器人远程控制模块(8)、海面机器人环境感知模块(9)、水下机器人远程控制模块(14)的信号传输端连接。2.根据权利要求1所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：还包括陆上远程监测主机(4)，所述陆上远程监测主机(4)的信号传输端通过卫星(5)与协同控制模块(15)的信号传输端连接。3.根据权利要求2所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：所述海面机器人(2)还包括太阳能供电模块(16)，所述太阳能供电模块(16)的电输出端分别与空中机器人(1)、水下机器人(3)的电输入端连接。4.根据权利要求3所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：所述海面机器人(2)还包括释放回收模块(17)，所述释放回收模块(17)的控制信号输入端与协同控制模块(15)的控制信号输出端连接。5.根据权利要求4所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：所述空中机器人环境感知模块(6)、海面机器人环境感知模块(9)、水下机器人环境感知模块(12)均由摄像头单元和声纳单元组成。6.根据权利要求5所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：所述空中机器人数据采集模块(7)由空中机器人微处理器、运动处理传感器单元以及电子罗盘单元组成；所述海面机器人数据采集模块(10)由运动处理传感器单元、电子罗盘单元组成；所述水下机器人数据采集模块(13)由水下机器人微处理器、运动处理传感器单元、电子罗盘单元组成。7.根据权利要求6所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：所述空中机器人远程控制模块(8)、海面机器人远程控制模块(11)、水下机器人远程控制模块(14)均由无线透传单元、卫星通讯单元组成。8.根据权利要求7所述的空中海面水下多机器人远程立体协同控制系统，其特征在于：所述太阳能供...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏宇，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42