[发明专利]一种用于水下机器人的障碍物探测系统和探测方法

说明书

本发明提供了一种用于水下机器人的障碍物探测系统和探测方法，该系统由机器人本体、地面控制箱和脐带缆组成，机器人本体上装有多波束图像声呐、高清摄像机、可调照明灯、运动控制器、压力传感器、温度传感器、姿态仪罗盘和UDSL转换器。地面控制箱包括：图像处理单元和运动控制指令生成器；该发明引入水下声呐系统、摄像机系统以及图像处理设备对水下机器人前方的障碍物进行智能识别，可以实时处理声呐图像和摄像机图像，探测并计算水下障碍物的大小和距离，有利于提高水下机器人的避障能力，减少机器人的损害。

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，具体说是一种用于水下机器人的障碍物探测系统和探测方法。

背景技术

水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人，水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业，水下机器人一般配备声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置，能提供实时视频、声呐图像，能够使用机械臂抓起重物，水下机器人在安全搜救、管道检查、渔业等领域得到广泛应用。由于水下机器人工作环境的特殊性，水下机器人在运行过程中，容易发生与障碍物碰撞的事故。如果发生碰撞，对水下机器人的结构可能造成损坏。因此，水下机器人需要有探测障碍物的手段。现有技术中，针对水下障碍物的探测定位方法大多存在适应性差和准确性差的问题。使用传统光学成像设备在混浊水域可视距离非常有限，甚至无法成像。多波束图像声呐是水下探测设备的一种，成像速度快，分辨率高，覆盖角度大，可以获得比较完整的水下物体信息。但是多波束声呐不能对水下物体表面进行细致观察。因此，结合声呐远距离探测和摄像机近距离观察，可以得到很好的物体探测效果。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种用于水下机器人的障碍物探测系统和探测方法，目的在于提供一种智能化水下机器人障碍物探测系统，引入水下声呐系统、摄像机系统以及图像处理设备对水下机器人前方的障碍物进行智能识别，可以实时处理声呐图像和摄像机图像，探测并计算水下障碍物的大小和距离，有利于提高水下机器人的避障能力，减少机器人的损害。

本发明采取的技术方案是：一种用于水下机器人的障碍物探测系统，该系统由机器人本体（1）、地面控制箱（2）和脐带缆（3）组成，机器人本体（1）上装有多波束图像声呐（4）、高清摄像机（5）、可调照明灯（6）、运动控制器（7）、压力传感器（8）、温度传感器（9）、姿态仪罗盘（10）和UDSL转换器（11）。地面控制箱（2）包括：图像处理单元（12）和运动控制指令生成器（13）；所述多波束图像声呐（4）用于探测前方障碍物相对于机器人本体（1）的位置。所述高清摄像机（5）用于采集前方障碍物图像，所述图像处理单元（12）与高清摄像机（5）、多波束图像声呐（4）和姿态仪罗盘（10）连接，用于对采集的声呐图像、摄像机图像和姿态信息进行处理。可调照明灯（6）、运动控制器（7）、压力传感器（8）、温度传感器（9）和姿态仪罗盘（10）使用CAN总线方式，通过脐带缆（3）发送信息到地面控制箱（2），地面控制箱（2）通过CAN总线下发指令给水下机器人本体（1）。

本发明通过对多波束图像声呐采集的图像、摄像机采集的图像以及姿态仪罗盘采集的信息的综合处理，实现对前方障碍物的探测。

基于上述水下机器人障碍物探测系统，本发明还提供了一种障碍物探测方法，包括以下步骤：

步骤一、启动水下机器人系统，通过地面控制箱（2）上显示屏显示信息查看机器人系统是否正常；

步骤二、图像处理单元（12）接收多波束图像声呐（4）的图像数据，使用双边滤波算法对声呐图像进行滤波处理，降低高斯噪声和斑点噪声；

步骤三、对降噪后的图像使用自适应阈值算法进行二值化处理，根据得到的二值化图像获取障碍物轮廓；

步骤四、结合多波束图像声呐（4）距离测量数据和步骤三得到的障碍物轮廓信息，计算障碍物轮廓的实际大小、位置和距离；