【技术实现步骤摘要】
一种基于光视觉引导的水下终端对接系统及方法
[0001]本专利技术涉及海洋工程与
，涉及到自主水下机器人的自主对接回收领域，更具体的，涉及一种基于光视觉引导的水下终端对接系统及方法。
技术介绍
[0002]自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle：AUV)具有自动化程度高、灵活性好、作业时间长等特点，但是在使用过程中也面临很多实际问题。这些高度自动化的设备通常携带的能源有限，在执行完任务甚至在执行任务的过程中就有能源补充的需求，此外还需要适时进行数据交互、设备检修等，因此需要在合适的时间对AUV进行回收。其中水下自主对接回收技术是当前研究的一个热点。
[0003]水下机器人的自主对接回收一般分为两个阶段：1)AUV从较远处返航到接近回收坞站的特定区域为远距离导引阶段，该阶段通常采用声学和组合导航的方式来进行引导；2)当AUV到达对接地点附近，从对接初始位置区域到完成对接为近距离导引阶段(或称终端对接阶段)，该阶段需要获取AUV与对接坞站之间较高精度的相对位姿关系，主要依赖于声学...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光视觉引导的水下终端自主对接系统，用以实现水下机器人的自主对接回收，其特征在于，包括：水下对接坞站、自主水下机器人；a)水下对接坞站采用框架式设计，并在其特定位置安装了六个被人为标号了的标识光源构建了三维引导灯阵，其中五个分布于坞站正面的边缘，上边缘的中间为0号光源，左边缘中间为1号光源，右边缘中间为2号光源，左边缘下方为3号光源，右边缘下方为4号光源，一个位于坞站后面支架的中间为5号光源；水下对接坞站以底面平行于水面的姿态放置于水中，其坐标系以5号光源为坐标原点，Z轴垂直指向坞站开口的正前方，X轴水平向右，Y轴垂直向下，该坐标系为世界坐标系{O
w
‑
X
w
‑
Y
w
‑
Z
w
}；所有标识光源由防水型高亮度LED灯构成，以尽可能增加引导距离；水下对接坞站的具体尺寸已知，各个标识光源在世界坐标系下的坐标也是已知量；b)该系统中的自主水下机器人为自主式过驱动机器人，其在水平面以“X”形式对称配置了四个同型号推进器，可实现平移和转向运动，垂直方向配置一个推进器实现升沉运动；该自主水下机器人具备自主航行能力，还具备水下摄像头和图像处理子系统；水下摄像头用以拍摄自主水下机器人前进方向上的视频画面，相机坐标系{O
c
‑
X
c
‑
Y
c
‑
Z
c
}规定如下：Z轴沿相机光轴指向正前方，X轴垂直于光轴指向相机右侧，Y轴垂直于光轴向下；图像处理子系统负责对水下摄像头采集到的水下图像进行处理，以判断自主水下机器人是否成功捕获到水下对接坞站，如果捕获到水下对接坞站图像，则进一步解算出水下对接坞站和自主水下机器人之间的相对位姿关系，从而引导机器人实现自主对接。2.一种基于权利要求1的基于光视觉引导的水下终端自主对接系统的自主对接方法，其特征在于，包括水下图像处理方法和远距离、近距离分阶段对接控制方法，图像处理方法负责对摄像头采集到的图像信息进行处理，提取出标识光源信息，并根据此解算出自主水下机器人与水下对接坞站的相对位姿量，并以此推算机器人的位置跟踪偏差；基于不同距离下摄像头拍摄引导灯阵得到的不同结果，设计了远距离、近距离分阶段对接控制方法，采用不同的对接控制策略，实现对机器人的入坞控制。3.如权利要求2所述的自主对接方法，其特征在于，所述图像处理方法具体步骤如下：a)获取图像，通过图像预处理进行降噪并增强图像特征；b)根据相机离线标定得到的相机内参数和畸变系数对图像进行去畸变处理；c)对三维引导灯阵的各个标识光源的重心坐标进行提取,表示为(u
i
,v
i
),i＝0,1
…
5；d)距离较远时，摄像头能够拍摄到完整的灯阵，图像中包含所有标识光源，此时通过光源一致性匹配算法实现图像中的光源坐标和水下对接坞站上的实际光源坐标一一匹配；当距离很近时不能拍摄到完整灯阵，只能拍摄到5号光源，则跳过一致性匹配的处理，将此时5号光源的重心坐标记录为(u
c
,v
c
)；e)当图像中检测到完整灯阵时，根据光源一致性匹配算法的匹配结果并结合EPnP算法解算出水下机器人和坞站的相对位姿，即相机坐标系相...
【专利技术属性】
技术研发人员：向先波，苏翔，肖咏昕，杨少龙，张琴，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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