[发明专利]一种机器人运动模式估计方法及装置

说明书

本发明一种机器人运动模式估计方法及装置，属于仿生机器人技术领域；首先在水下仿生机器人上布放四点光源信标，标定机器人身体纵轴与胸鳍的位置；然后，通过图像采集单元采集水下仿生机器人的运动图像，再进行预处理，得到清晰的光源目标特征；对目标光源在图像上的目标位置参数进行检测，得到目标光源的图像坐标；最后，计算水下仿生机器人左右两侧胸鳍鳍条与身体纵轴之间的夹角、并比较，得到水下仿生机器人的运动模式估计结果。本发明采用水下视觉及光源信标的方法得到了前方水下仿生机器人的运动模式，简化了水下仿生机器人间的通信，同时也为后方机器人提供运动反馈信息，对于后续水下仿生机器人集群编队研究奠定了基础。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种机器人运动模式估计方法及装置。

背景技术

随着社会发展，人类对资源的需求显著增加，水下航行器作为水下资源开发的重要工具，可代替人类执行复杂的任务，如环境监测，目标探测、军事打击等。近年来，水下航行器得到了大力发展，其常以螺旋桨、泵喷推进器等作为主要推进方式，然而此类推进航行器存在航行时噪声大、机动性较差、隐蔽性较差等缺点，基于此水下仿生型水下机器人得到了发展。在数亿年的自然进化下，鱼类已经拥有了高超的游动技巧，其高效、低噪声和灵活的运动给水下航行器带来了启发，且随着生物工程、流体力学、计算机科学等相关领域和技术的发展，世界各地的研究人员纷纷效仿自然界生物的推进模式。

根据鱼类游动时所使用的身体部位不同，将鱼类运动分为胸鳍/中间鳍推进运动模式和尾鳍/身体推进运动模式。尾鳍/身体推进模式是大多数鱼类采用的游动模式，该类鱼通过身体波动或尾鳍摆动的方式，利用涡流将水向后推射使鱼体受到水的反作用，从而实现鱼体的向前运动；胸鳍/中间鳍推进模式的鱼类主要通过胸鳍和背鳍的摆动获取前进的动力，该类鱼在低速游动时，身体不会随着游动晃动，可保持较高的机动性、稳定性和游动效率，一般可实现精确的六自由度运动、位置保持以及换向等动作，以该类鱼为仿生对象的水下机器人具有稳定性高、探测效率高、续航能力强等优势。

目前，对于生物推进模式的水下航行器处于初步发展阶段且研究成果较少，对水下仿生机器人的研究也主要以尾鳍/身体推进模式研究为主，在胸鳍推进模式的水下仿生机器人方面研究较少。现有技术中有基于光源信标的自主水下航行器位姿估计方法，该方法能够估计自身水下航行器的相对位置和方位，然而，该方法对于前方水下航行器的运动信息只能通过水下通信的方式得到，水下通信又存在通信成本高、效率低且复杂等缺点。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种基于视觉的胸鳍拍动水下仿生机器人运动模式估计方法及装置，通过在水下仿生机器人尾部安装四点分布式光源信标灯，并利用双目相机采集仿生机器人的运动图像，接着对采集到的图像进行处理，得到目标光源，并计算各目标光源之间的夹角，从而得到胸鳍拍动水下仿生机器人的运动模式。

本发明的技术方案是：一种机器人运动模式估计方法，应用于胸鳍拍动水下仿生机器人，具体步骤如下：

步骤1：在水下仿生机器人上布放四点光源信标，用于标定机器人身体纵轴与胸鳍的位置；

步骤2：通过图像采集单元采集水下仿生机器人的运动图像；

步骤3：对采集到的水下仿生机器人运动图像进行预处理，得到清晰的光源目标特征；

步骤4：对目标光源在图像上的目标位置参数进行检测，得到目标光源的图像坐标；

步骤5：计算水下仿生机器人左右两侧胸鳍鳍条与身体纵轴之间的夹角、并比较，得到水下仿生机器人的运动模式估计结果：若相等，则判定水下仿生机器人为主动推进模式，若不相等，则为转弯模式。