本發(fā)明屬于海洋裝備有線控制設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種對海水中作業(yè)的機器人的有線操控系統(tǒng)，具體涉及一種帶有新型視頻監(jiān)控的水下機器人有線操控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

進(jìn)行復(fù)雜水下作業(yè)的ROV通常需要水下攝像機的輔助，進(jìn)而采用有線操控方法來控制機器人的復(fù)雜動作。ROV的主要特點體現(xiàn)在是它的圖像采集和實時視頻采集能力，而采集到的信息通過高速率通信系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂普尽?/p>

目前廣泛采用的通信系統(tǒng)基于以太網(wǎng)協(xié)議，然而在機器人側(cè)除了網(wǎng)絡(luò)相機等少數(shù)設(shè)備外，EPOS 2電機驅(qū)動器以及其他工業(yè)設(shè)備采用CAN協(xié)議，二者不兼容，需要開發(fā)局部的通信機制來實現(xiàn)二者的交互。

為了克服原有的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)不能兼容CAN協(xié)議的設(shè)備的問題，本發(fā)明實現(xiàn)CAN協(xié)議設(shè)備接入原有的以太網(wǎng)。

此外，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控界面不適合空間姿態(tài)多樣的ROV，操控人員憑借簡單的姿態(tài)信息數(shù)據(jù)很難判斷機器人的姿態(tài)。本發(fā)明設(shè)計了新型視頻監(jiān)控，使得操控人員能直觀感受到機器人的姿態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種帶有新型視頻監(jiān)控的水下機器人有線操控系統(tǒng)。

本發(fā)明的帶有新型視頻監(jiān)控的水下機器人有線操控系統(tǒng)，包括：嵌入式系統(tǒng)、上位機、以太網(wǎng)、CAN-以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)；

所述的以太網(wǎng)由機器人側(cè)交換機及上位機側(cè)交換機構(gòu)成，兩交換機間采用雙絞線連接；所述的CAN-以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)是：采用CAN總線上連接若干EPOS 2電機驅(qū)動器，CAN總線信息經(jīng)機器人側(cè)CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后通過機器人側(cè)交換機發(fā)送，上位機側(cè)交換機將信息分離后經(jīng)上位機側(cè)CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換傳回到CAN總線；所述的嵌入式系統(tǒng)用于采集機器人姿態(tài)及深度信息，并通過以太網(wǎng)接口發(fā)送到機器人側(cè)交換機；所述的上位機通過USB接口連接一只EPOS 2電機驅(qū)動器，并調(diào)用該驅(qū)動器的軟件接口發(fā)送電機控制指令，該上位機還具有視頻監(jiān)控界面。

上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述的嵌入式系統(tǒng)包括用于采集機器人姿態(tài)信息的陀螺儀、用于采集機器人深度信息的深度傳感器。嵌入式系統(tǒng)安裝在機器人本體，其功能為采集機器人姿態(tài)及位置信息并通過以太網(wǎng)接口將這些信息發(fā)送到以太網(wǎng)。

進(jìn)一步地，所述的上位機的視頻監(jiān)控界面上顯示有深度標(biāo)尺、機器人俯仰角度標(biāo)尺、機器人偏航角度標(biāo)尺及表示機器人本體朝向的中心十字線。

此外，在所述的CAN總線上還可以連接有其他CAN協(xié)議設(shè)備，如：SCA126T-CAN2.0A總線輸出型雙軸傾角傳感器。

本發(fā)明中，采用CAN-以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)，在機器人本體上，CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器將CAN總線上的信息轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議信息，并通過機器人側(cè)交換機發(fā)送；上位機側(cè)交換機將CAN總線的信息分離出來，并通過CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換回到CAN總線；為了調(diào)用EPOS 2軟件接口，上位機通過USB口連接一臺EPOS 2電機驅(qū)動器，所述CAN-以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是，信息在中途轉(zhuǎn)換到以太網(wǎng)協(xié)議，無需擴充以太網(wǎng)硬件結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)遠(yuǎn)程CAN總線通信，同時保證了EPOS 2驅(qū)動器軟件接口資源的調(diào)用。

本發(fā)明在視頻監(jiān)控中直接疊加了姿態(tài)及位置信息，可以讓操控人員直觀感知機器人的位置和姿態(tài)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是視頻監(jiān)控界面的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

參見圖1，本發(fā)明系統(tǒng)主要包括安裝于機器人本體上的嵌入式系統(tǒng)1和網(wǎng)絡(luò)相機2、以太網(wǎng)3、CAN-以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)和上位機5。

所述的嵌入式系統(tǒng)由單片機、用于采集機器人姿態(tài)信息的陀螺儀模塊、用于采集機器人深度信息的深度傳感器和網(wǎng)絡(luò)接口組成，如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)相機2用于采集視頻信息，然后以RSTP協(xié)議形式發(fā)送到以太網(wǎng)3。

以太網(wǎng)3由機器人本體的交換機3-1、雙絞線3-2和上位機的交換機3-3組成。機器人本體的交換機3-1接收來自嵌入式系統(tǒng)1和相機2的信息，并通過一根雙絞線3-2上發(fā)送到上位機3-3。上位機的交換機3-3將來自嵌入式系統(tǒng)1和網(wǎng)絡(luò)相機2的信息分離出來，并用于上位機5的監(jiān)控界面6。

所述的視頻監(jiān)控界面6上顯示有視頻畫面6-1、若干標(biāo)尺6-3和表示機器人本體朝向的中心十字線6-4等信息，如在界面最上方的標(biāo)尺用于顯示機器人所處深度；界面左側(cè)的標(biāo)尺用于顯示俯仰角度；界面中心的水平放置的標(biāo)尺用于顯示偏航角度；此外還可以顯示軌跡預(yù)測線6-2，可用于示意預(yù)測路徑。當(dāng)機器人姿態(tài)改變時，相關(guān)的標(biāo)尺6-3會隨之運動，使得中心十字線6-4指向的標(biāo)尺6-3的讀數(shù)為當(dāng)前姿態(tài)及深度的值。當(dāng)上位機給機器人發(fā)送轉(zhuǎn)向指令時軌跡預(yù)測線6-2會隨之改變形狀。

需要說明的是，本機器人正常運行時，底盤垂直于水平面，因此將深度信息顯示在上方水平放置的標(biāo)尺上。

見圖1，所述CAN-以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)4，由機器人本體的CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器4-1、所述以太網(wǎng)3和上位機的CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器4-5組成，CAN總線4-2上連接EPOS 2驅(qū)動器4-3或者其他CAN總線接口的設(shè)備4-4。上位機調(diào)用EPOS 2軟件接口，軟件接口通過USB4-8發(fā)送電機控制指令，EPOS 2驅(qū)動器4-6將該指令轉(zhuǎn)換到CAN總線4-7，CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器4-5將CAN總線上的信息轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，最后通過所述的以太網(wǎng)3傳輸?shù)綑C器人本體。機器人本體上的交換機3-1將原本屬于CAN總線4-7上的信息分離出來，并發(fā)送到CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器4-1，最終發(fā)送到CAN總線4-2上。

需要說明的是，所述EPOS 2驅(qū)動器是MAXON公司的一款多功能的電機驅(qū)動器，驅(qū)動器提供USB、RS485和CAN總線等多種接口，并提供VC++、LabVIEW和MATLAB平臺的軟件接口資源，并且軟件接口的通信通過USB。

本發(fā)明的帶有新型視頻監(jiān)控的水下機器人有線操控系統(tǒng)可按如下步驟實施。

對于監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸鏈路：視頻信號由網(wǎng)絡(luò)相機2采集，姿態(tài)及深度信息由嵌入式系統(tǒng)1采集，然后一起通過交換機3-1發(fā)送到以太網(wǎng)3；上位機的交換機3-3將上述信息分離出來，并經(jīng)過加工后顯示在視頻監(jiān)控界面6。

對于指令數(shù)據(jù)傳輸鏈路：控制指令通過EPOS 2驅(qū)動器4-6發(fā)送到CAN總線4-7，CAN總線的指令信息經(jīng)過CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器4-5發(fā)送到以太網(wǎng)3，以太網(wǎng)3上的指令信息再通過CAN-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器4-1發(fā)送到CAN總線4-2。最終連接在CAN總線上的若干電機驅(qū)動器4-3收到指令信息。