CN107588772B - 涉水机器人姿态监测方法、装置和监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***，属于涉水机器人控制技术领域。本发明实施例提供的涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***，通过设置主IMU和备用IMU，当识别涉水机器人外部的水文环境较为恶劣时，可根据主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果，确定是否需要使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。从而减小外部环境对姿态传感器工作的影响，提高姿态传感器提供数据的准确性和可靠性，为涉水机器人的航行安全提供更好的保障。
Description
技术领域
本发明涉及涉水机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***。
背景技术
涉水机器人姿态监测***可以为在复杂未知环境下进行作业的涉水机器人提供姿态、航向、速度、深度等信息，这些信息对于涉水机器人能否完成海洋环境作业任务至关重要。高可靠性的导航***将能够有效保障涉水机器人安全生存和成功完成作业任务。
现有的涉水机器人姿态监测***，一般由处理器、姿态传感器或称惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、多普勒计程仪、深度计等构成，通过处理器实现导航计算，输出姿态、速度、深度等数据，为涉水机器人提供稳定可靠的姿态和航向参考信息。
由于现有的涉水机器人姿态监测***仅在控制主板上设置有单个IMU传感器，当外部水文环境较为恶劣时，控制主板会产生较为强烈的震动，影响IMU传感器的稳定性，导致IMU传感器测量的数据不准确，甚至导致IMU传感器失效，无法为航向控制***通过航行姿态信息，易引起航行事故的发生。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***，通过设置主IMU和备用IMU，根据不同水文环境切换不同的IMU工作，提高了IMU提供数据的可靠性，为涉水机器人的航行安全提供了更好的保障。
第一方面，本发明实施例提供了一种涉水机器人姿态监测方法，所述涉水机器人设置有主IMU和备用IMU；所述方法包括：
当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据；
将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；
判断对比结果是否超出设定的差值范围；
如果是，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，启动主IMU采集姿态数据的步骤之后，所述方法还包括：
将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；
判断对比结果是否超出设定的差值范围；
如果否，关闭备用IMU。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当主IMU传输姿态数据中断时，启动备用IMU采集姿态数据。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，在启动备用IMU采集姿态数据的步骤之后，所述方法还包括：
当备用IMU传输姿态数据中断时，启动主IMU采集姿态数据。
第二方面，本发明实施例还提供了一种涉水机器人姿态监测装置，所述涉水机器人设置有主IMU和备用IMU；所述装置包括：
备用IMU启动模块，用于当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据；
姿态数据对比模块，用于将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；判断对比结果是否超出设定的差值范围；
IMU切换模块，用于如果主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果超出设定的差值范围，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括：
主IMU启动模块，用于当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。
第三方面，本发明实施例还提供了一种涉水机器人姿态监测***，包括处理器、与所述处理器连接的存储器、主IMU和备用IMU，所述存储器中存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现上述的方法。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，所述主IMU设置于主控板上，所述备用IMU通过减震机构主控板上或设置于涉水机器人的机体内壁上。
结合第三方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，所述减震机构包括外壳体和设置在所述外壳体内的减震内壳，所述减震内壳由具有弹性的减震材料制成。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***，通过设置主IMU和备用IMU，当识别涉水机器人外部的水文环境较为恶劣时，可根据主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果，确定是否需要使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。从而减小外部环境对姿态传感器工作的影响，提高姿态传感器提供数据的准确性和可靠性，为涉水机器人的航行安全提供更好的保障。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所提供的涉水机器人姿态监测方法的流程图；
图2为本发明另一实施例所提供的涉水机器人姿态监测方法的流程图；
图3为本发明一实施例所提供的涉水机器人姿态监测装置的结构框图；
图4为本发明一实施例所提供的涉水机器人姿态监测***的结构框图；
图5为本发明一实施例所提供的减震机构的结构示意图。
图标：5-减震箱体；51-外壳体；52-减震内壳。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有的涉水机器人监测易受外界环境影响导致无法有效监控涉水机器人的航行姿态的问题，本发明实施例提供了一种涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***，以下首先对本发明的涉水机器人姿态监测方法进行详细介绍。
实施例一
本实施例提供了一种涉水机器人姿态监测方法，应用于设置有主IMU和备用IMU的涉水机器人，备用IMU设置有减震机构。如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据。
涉水机器人在良好的水文环境中航行时，通常采用主IMU进行姿态数据采集，即***仅启动主IMU进行工作，备用IMU处于关闭或待机状态，从而节省能耗。如果涉水机器人所处的水文环境较为恶劣，例如，水流较急或波浪较大，涉水机器人可能会出现较大的摇晃，姿态传感器采集的姿态数据也会出现较大波动。
考虑到涉水机器人在出现较剧烈的摇晃时，设置在主控板上的主IMU会随之震动，主IMU自身的震动会影响主IMU采集的姿态数据的准确性，因此，在涉水机器人所处的水文环境较为恶劣时，可以切换至备用IMU进行姿态数据采集。
监测接收到的主IMU采集的姿态数据的波动范围，将主IMU采集的姿态数据的波动范围与设定的波动阈值进行比较。当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据。
步骤S102，将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比。
步骤S103，判断对比结果是否超出设定的差值范围；如果是，执行步骤S104，如果否，返回执行步骤S101。
将两个IMU采集的姿态数据进行对比，如果两个IMU采集的姿态数据相差不大，在允许的差值范围内，则关闭备用IMU，继续使用主IMU进行姿态数据的采集，返回执行步骤S101。
步骤S104，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
如果两个IMU采集的姿态数据相差较大，已经超出了允许的差值范围，则关闭主IMU，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
本实施例提供的涉水机器人姿态监测方法，通过设置主IMU和备用IMU，当识别涉水机器人外部的水文环境较为恶劣时，可根据主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果，确定是否需要使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。从而减小外部环境对姿态传感器工作的影响，提高姿态传感器提供数据的准确性和可靠性，为涉水机器人的航行安全提供更好的保障。
实施例二
本实施例提供了另一种涉水机器人姿态监测方法，同样应用于设置有主IMU和备用IMU的涉水机器人。如图2所示，该方法除了包括上述实施例一中记载的步骤S101～步骤S104之外，还包括如下步骤：
步骤S201，当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。
在涉水机器人使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集之后，如果水文环境恢复平静，可以重新使用主IMU进行姿态数据的采集。
当水文环境恢复平静时，涉水机器人的航行姿态也会较为平稳，摇晃的幅度也会相应较小，因此，备用IMU返回的姿态数据的波动也会减小。当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。同时，可以关闭备用IMU，重新切换回主IMU进行姿态数据的采集。
在一较优的实施例中，在步骤S201之后，该方法还包括：
步骤S202，将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比。
步骤S203，判断对比结果是否超出设定的差值范围；如果是，返回执行步骤S201；如果否，执行步骤S204。
步骤S204，关闭备用IMU。
将两个IMU采集的姿态数据进行对比，如果两个IMU采集的姿态数据相差依然较大，仍然超出允许的差值范围，则关闭主IMU，继续使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集，返回执行步骤S201。如果两个IMU采集的姿态数据相差不大，在允许的差值范围内，则关闭备用IMU，使用主IMU进行姿态数据的采集。
考虑到IMU在使用过程中可能会损坏，该***中设置有两个IMU，若其中一个IMU损坏时，可以自动切换到另一个IMU工作。因此，在水文环境较好的情况下，涉水机器人采用主IMU进行姿态数据采集时，上述方法还可以包括：当主IMU传输姿态数据中断时，启动备用IMU采集姿态数据。在水文环境比较恶劣的情况下，涉水机器人采用备用IMU进行姿态数据采集时，即在启动备用IMU采集姿态数据的步骤之后，上述方法还可以包括：当备用IMU传输姿态数据中断时，启动主IMU采集姿态数据。从而保证了当一个IMU损坏时，自动切换至另外一个工作，进一步提高了***的安全可靠性，也为涉水机器人航行提供了更好的保障。
实施例三
本实施例提供了一种与上述方法实施例相对应的涉水机器人姿态监测装置，应用于设置有主IMU和备用IMU的涉水机器人。如图3所示，该装置包括：
备用IMU启动模块31，用于当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据；
姿态数据对比模块32，用于将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；判断对比结果是否超出设定的差值范围；
IMU切换模块33，用于如果主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果超出设定的差值范围，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
在一较优选的实施例中，该装置还可以包括：
主IMU启动模块34，用于当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。
本实施例提供的涉水机器人姿态监测装置，通过设置主IMU和备用IMU，当识别涉水机器人外部的水文环境较为恶劣时，可根据主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果，确定是否需要使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。从而减小外部环境对姿态传感器工作的影响，提高姿态传感器提供数据的准确性和可靠性，为涉水机器人的航行安全提供更好的保障。
实施例四
本实施例提供了一种与上述方法实施例相对应的涉水机器人姿态监测***，如图4所示，该***包括处理器41、与处理器41连接的存储器42、主IMU43和备用IMU44，存储器42中存储有能够被处理器41执行的机器可执行指令，处理器41执行该机器可执行指令以实现上述实施例一或实施例二所记载的方法。
其中，主IMU43设置于主控板4上，备用IMU44设置于主控板上或主控板4之外，具体地，备用IMU44可以通过减震机构设置于主控板上或涉水机器人的机体内壁上。减震机构可以是设置在备用IMU44与机体内壁之间的减震材料，减震机构可以是如图5所示的减震箱体5，减震箱体5包括外壳体51和设置在外壳体51内的减震内壳52，减震内壳52由具有弹性的减震材料制成。
当备用IMU设置于主控板上时，减震机构也可以是上述的减震箱体。在主控板上预留四个螺钉孔，通过螺钉将减震箱体的四个角固定在主控板上。
上述的减震材料可以选用泡棉、海绵、泡沫或气泡袋等。
主IMU43和备用IMU44的内部结构相同，均包括对应于不同方向的三个加速度计和陀螺仪，分别用于测量涉水机器人在三维空间中的加速度和角速度，以确定涉水机器人的运动姿态。
当涉水机器人的外部水文环境较为恶劣时，位于主控板4上的主IMU43的测量数据的准确性可能会受到影响，此时，可以切换至备用IMU44工作，备用IMU44采集的姿态数据更准确。
存储器42可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器41中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器41可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器42，处理器41读取存储器42中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
进一步，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述涉水机器人姿态监测方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的涉水机器人姿态监测装置和监测***，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本发明实施例提供的涉水机器人姿态监测方法、装置和监测***，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露***和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种涉水机器人姿态监测方法，其特征在于，所述涉水机器人设置有主IMU和备用IMU；所述备用IMU设置有减震机构；所述方法包括：
当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据；
将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；
判断对比结果是否超出设定的差值范围；
如果是，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在启动主IMU采集姿态数据的步骤之后，所述方法还包括：
将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；
判断对比结果是否超出设定的差值范围；
如果否，关闭备用IMU。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当主IMU传输姿态数据中断时，启动备用IMU采集姿态数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在启动备用IMU采集姿态数据的步骤之后，所述方法还包括：
当备用IMU传输姿态数据中断时，启动主IMU采集姿态数据。
6.一种涉水机器人姿态监测装置，其特征在于，所述涉水机器人设置有主IMU和备用IMU；所述备用IMU设置有减震机构；所述装置包括：
备用IMU启动模块，用于当主IMU采集的姿态数据的波动范围大于设定的波动阈值时，启动备用IMU采集姿态数据；
姿态数据对比模块，用于将接收到的主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据进行对比；判断对比结果是否超出设定的差值范围；
IMU切换模块，用于如果主IMU采集的姿态数据与备用IMU采集的姿态数据的对比结果超出设定的差值范围，使用备用IMU替代主IMU进行姿态数据的采集。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
主IMU启动模块，用于当备用IMU采集的姿态数据的波动范围小于设定的波动阈值时，启动主IMU采集姿态数据。
8.一种涉水机器人姿态监测***，其特征在于，包括处理器、与所述处理器连接的存储器、主IMU和备用IMU，所述备用IMU设置有减震机构；所述存储器中存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述主IMU设置于主控板上，所述备用IMU通过减震机构设置于主控板上或涉水机器人的机体内壁上。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述减震机构包括外壳体和设置在所述外壳体内的减震内壳，所述减震内壳由具有弹性的减震材料制成。
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