CN114815859A - 一种便携式自主水下机器人系统及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式自主水下机器人系统及其控制系统，属于水下机器人技术领域。包括水面上位机与水下机器人，水面上位机与水下机器人双向连接，其中，水面上位机，用于向水下机器人发送控制命令；水下机器人，用于接收和按照控制命令行动，同时向水面上位机回传任务图像和相关传感器数据，水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端和通信网桥，水下机器人通过通信网桥与水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端。本发明可以仅依靠小艇就可以方便布放回收的十公斤级的自主水下机器人，在有限的元件装备下达到在作业准确度，作业效率及作业丰富度上较好的性能。

Description

一种便携式自主水下机器人系统及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种便携式自主水下机器人系统及其控制系统，属于水下机器人技术领域。

背景技术

随着探测技术的提高，地球上丰富的海洋资源逐步被发现。自主水下机器人是一种进行海洋开发探索与利用的高效工具，近年来以及展开了广泛的应用。目前，自主水下机器人普遍尺寸较大，使用成本较高，而且对内湖及水利设施探测效果不佳，另外，大多数自主水下机器人只具备在水下探测与侦察的能力，兼顾搜集水下与水面信息的方面得不到满足。因此，现阶段对于一种隐蔽性好、成本低、便于投放与回收、重量体积小且可兼顾水面探测的自主水下机器人的需求量越来越大。

发明内容

本发明的目的是提出一种便携式自主水下机器人系统及其控制系统，以解决现有技术中存在的问题。

一种便携式自主水下机器人系统，包括水面上位机与水下机器人，

水面上位机与水下机器人双向连接，其中，

水面上位机，用于向水下机器人发送控制命令；

水下机器人，用于接收和按照控制命令行动，同时向水面上位机回传任务图像和相关传感器数据，

水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端和通信网桥，水下机器人通过通信网桥与水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端。

进一步的，水下机器人，包括首部舱段，中部水密舱段和尾部舱段，首部舱段、中部水密舱段和尾部舱段依次水密连接。

进一步的，首部舱段包括避碰前视声呐、水下摄像机、高度计和深度压力传感器，避碰前视声呐安装在首部舱段的前端，水下摄像机设置在避碰前视声呐的后方，高度计安装于首部舱段下端，深度压力传感器设置于首部舱段的后部中心，其中，

避碰前视声呐，用于自动避障或其他任务中进行目标识别；

水下摄像机，用于拍摄水下图像；

高度计，用于保障水下机器人与水底保持安全距离；

深度压力传感器，用于得到水下机器人的实时深度数据。

进一步的，中部水密舱段包括控制器、图像传输电台、步进丝杠和电池包，控制器安装在中部水密舱段的上前端，图像传输电台安装在控制器的后侧，步进丝杠安装在中部舱段的下部，电池包安装于步进丝杠的下方，构成重心调节机构，其中，

控制器，其中包括主处理器、协处理器、IMU和电源控制板，用于从图像传输电台接收命令；

图像传输电台，用于接收控制命令与上传任务图像；

步进丝杠与电池包，用于构成重心调节机构，从而控制水下机器人的俯仰角。

进一步的，尾部舱段包括天线舵机、天线轴套、小型摄像头、GPS、数据传输天线、推进器、垂直尾舵和尾舵机，天线舵机安装在尾部舱段的前段，天线轴套安装于尾部舱段的上端，GPS、小型摄像头和数据传输天线依次安装于天线轴套的末端，推进器安装于尾部舱段的后端，垂直尾舵设置于推进器的后方，受尾舵机的控制。

进一步的，水下摄像机的轴线与水平线的夹角为70°，小型摄像头的轴线与天线轴套轴线夹角为90°，步进丝杠上螺接有滑台，电池包通过框架与滑台固定，天线轴套通过连杆轴接于尾部舱段的上方，由天线舵机控制其位置。

进一步的，避碰前视声呐、水下摄像机、高度计、深度压力传感器、步进丝杠、电池包、小型摄像头、GPS、推进器、尾舵机和天线舵机均与控制器电连接，控制器通过图像传输电台与通信网桥信号连接。

一种便携式自主水下机器人控制系统，基于上述的一种便携式自主水下机器人系统，便携式自主水下机器人控制系统包括上位机系统、主控制器系统和协助控制器系统，其中，

上位机系统布置了网络通信节点、水面摄像机监控节点、水下摄像机监控节点、手动控制节点、轨迹设定节点、数传电台监控节点、天线舵控制节点、数据下载节点和航行数据监测节点，

网络通信节点用于和主控制系统的通信；

水面和水下摄像机监控节点，用于回放视频和实时监视；

手动控制节点，用于使驾驶员接管便携式水下机器人的控制并直接发布控制参数至执行机构相应话题；

轨迹设定节点，用于将通过地图生成的GPS坐标组成的任务信息发布到任务话题下，由控制器负责解析并执行相应任务；

数据下载节点，用于将便携式水下机器人航行的所有数据按需下载到本地进行分析或进行仿真再现；

航行数据监测节点，用于在便携式水下机器人在水面与基站建立可靠通信之后，实时反馈便携式水下机器人的运行状态参数；

主处理器系统包括ROSMaster进程系统、控制器节点、水下摄像机节点、水面摄像机节点、IMU节点、通信节点、前视声呐节点、能源控制节点、数据存储节点和安全控制节点，

ROSMaster进程系统，用于接受节点的注册、话题的注册、服务的注册和参数服务器的维持；

控制器节点，用于根据传感器数据生成响应的舵机、推进器、步进电机控制指令，并发布到相应话题之下；

水面和水下摄像机节点，用于通过将水下摄像机和小型摄像头拍摄到的数据压缩为H.264格式之后，将视频数据发布到水面摄像机和水下摄像机图像话题下；

IMU节点，用于通过串口获取IMU提供的便携式水下机器人的姿态与运动角速度和加速度信息，并将相关信息发布到IMU数据话题下；

通信节点，用于负责与协助控制器系统和上位机系统进行通信；

前视声呐节点，用于通过串口获取声纳的结果，并将结果输出到声纳信息话题下；

能源控制节点，用于通过订阅设备运行开关话题，按照话题信息通过GPIO控制电源板上开关进而开启\关闭相关设备；

数据存储节点，用于订阅所有话题，并将所有数据作为航行日志存储在本地，以便后续查询和下载；

安全控制节点，用于负责监控便携式水下机器人深度、各个设备工作情况以及电池包状态，在发生电力不足、设备工作异常和控制器异常导致深度超过限定深度时，接管便携式水下机器人控制，使便携式水下机器人浮出水面，与岸基建立通信，发送位置和异常信息；

协助控制器系统中包括串口通信节点、天线舵控制节点、尾舵控制节点、尾推控制节点、深度计节点、GPS节点和高度计节点，

串口通信节点，用于协助控制器系统与主处理器系统之间的通信；

天线舵控制节点，用于通过订阅天线舵角度话题，在话题收到消息后，根据收到的舵机期望角度，使响应端口输出合适占空比的PWM波；

尾部舵机控制节点，用于通过订阅尾部舵角话题，根据消息结果，输出合适PWM波，还用于通过订阅尾推推力话题，根据推力和转速的对应曲线，通过输出特定占空比的PWM波控制电调使推进器达到特定推力；

高度计节点，用于通过串口通信按照一定的采样频率将高度计的高度结果和置信度发布到高度话题下；

深度计节点，用于通过IIC通信，将深度计获取的压力和温度信息通过温度补偿算法补偿之后，将深度信息发布到深度话题下；

GPS节点，用于通过串口通信将GPS目前输出的位置信息按照协议解析为经纬度之后，发布到GPS位置话题下。

本发明的有益效果：本发明一种便携式自主水下机器人系统及其控制系统，仅依靠小艇就可以方便布放回收的十公斤级的自主水下机器人，在有限的元件装备下达到在作业准确度，作业效率及作业丰富度上较好的性能，而且在近海、内河、水利工程等较小深度的环境中具有极大提高探测效率与性价比的能力，在携带较少能源的条件下，可以进行智能节能控制，极大提高了自身的续航能力，拥有比较灵活的在近水面航行的能力，可以对任务载荷中水面水下视觉侦查进行比较稳定的拍摄。配套的上位机拥有操作界面与远程无线通讯的能力，可以提供十分便利地向水下机器人本体制定相应的命令。

附图说明

图1为本发明的一种便携式自主水下机器人系统的结构示意图；

图2为本发明的一种便携式自主水下机器人控制系统的节点关系示意图；

图3为本发明一种便携式自主水下机器人系统的上位机桌面应用的布置示意图。

其中，1为首部舱段，2为中部水密舱段，3为尾部舱段，4为天线舵机，5为天线轴套，6为GPS，7为小型摄像头，8为垂直尾舵，9为推进器，10为尾舵机，11为图像传输电台，12为控制器，13为深度压力传感器，14为高度计，15为水下摄像机，16为避碰前视声呐，17为步进丝杠，18为电池包，19为数据传输天线。

具体实施方式

下面的参照附图将更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明提出了一种便携式自主水下机器人系统的一实施例，包括水面上位机与水下机器人，

水面上位机与水下机器人双向连接，其中，

水面上位机，用于向水下机器人发送控制命令；

水下机器人，用于接收和按照控制命令行动，同时向水面上位机回传任务图像和相关传感器数据，

水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端和通信网桥，水下机器人通过通信网桥与水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端。

具体的，水面上位机可以通过无线电台向处于水面的水下机器人本体发送控制命令，水下机器人接收到控制命令，依照控制命令进行相应的运动、获取相应的数据，若记录的为水下数据则在水下机器人重新浮出水面后将数据通过天线传输到水面上位机，若记录的为水面数据则可通过天线向水面上位机实时传输影像数据。

任务与控制信息显示处理终端是一个集成了图像数据展示、AUV运动姿态实时信息显示、AUV任务命令发布、AUV遥控及AUV控制模式设置的Windows桌面应用程序；通信网桥是上位机连接的图传电台。

进一步的，水下机器人，包括首部舱段1，中部水密舱段2和尾部舱段3，首部舱段1，中部水密舱段2和尾部舱段3依次水密连接。

进一步的，首部舱段1包括避碰前视声呐16、水下摄像机15、高度计14和深度压力传感器13，避碰前视声呐16安装在首部舱段1的前端，水下摄像机15设置在避碰前视声呐16的后方，高度计14安装于首部舱段1下端，深度压力传感器13设置于首部舱段1的后部中心，其中，

避碰前视声呐16，用于自动避障或其他任务中进行目标识别；

水下摄像机15，用于拍摄水下图像；

高度计14，用于保障水下机器人与水底保持安全距离；

深度压力传感器13，用于得到水下机器人的实时深度数据。

进一步的，中部水密舱段2包括控制器12、图像传输电台11、步进丝杠17和电池包18，控制器12安装在中部水密舱段2的上前端，图像传输电台11安装在控制器12的后侧，步进丝杠17安装在中部舱段2的下部，电池包18安装于步进丝杠17的下方，构成重心调节机构，其中，

控制器12，其中包括主处理器、协处理器、IMU和电源控制板，用于从图像传输电台11接收命令；

图像传输电台11，用于接收控制命令与上传任务图像；

步进丝杠17与电池包18，用于构成重心调节机构，从而控制水下机器人的俯仰角，与推进器9一同控制深度。

具体的，控制器12是整个控制系统的核心充当人类大脑的作用，主要负责收集传感器数据、执行控制算法、调度执行机构。传感器主要负责收集便携式水下机器人实时的运动姿态、高度信息、深度信息、以及周围环境空间信息。重心调节机构、推进器9及舵机为执行机构主要负责控制潜水器姿态以及运动速度进而实现对潜水器设定轨迹的跟踪。通信终端主要负责对于控制信息以及图像数据的物理层传输。电源设备包括电池和电源控制板负责对便携式水下机器人上提供电源以及开关，电池输出为24V，电源控制板进行调压输出多路不同电压输出给不同负载，为了节省功耗，在电源板的所有输出均设置开关；搭载任务设备由水下摄像机15(布置在艏舱段)和小型摄像头7(布置在尾部天线)组成，主要负责采集潜水器在水面和水下的光学图像数据。

控制器12由两部分组成，一部分为以RK3399为处理器的主控制器部分，另一部分为以STM32H7为主处理器的协处理器部分；STM32芯片连接避碰前视声呐16、深度计、高度计14、GPS6、推进器9、重心调节机构(由步进丝杠17和电池包18组成)、天线舵机4、尾舵机10；STM32芯片连接电源控制板，电源控制板可控制各设备的开关；RK3399芯片连接小型摄像头7、水下摄像机15、图像传输电台11及IMU；STM32芯片与RK3399芯片通过串口通信；RK3399作为控制算法以及视频推流算法的核心计算单元。

进一步的，尾部舱段3包括天线舵机4、天线轴套5、小型摄像头7、GPS6、数据传输天线19、推进器9、垂直尾舵8和尾舵机10，天线舵机4安装在尾部舱段3的前段，天线轴套5安装于尾部舱段3的上端，GPS6、小型摄像头7和数据传输天线19依次安装于天线轴套5的末端，推进器9安装于尾部舱段3的后端，垂直尾舵8设置于推进器9的后方，受尾舵机10的控制。

进一步的，水下摄像机15的轴线与水平线的夹角为70°，小型摄像头7的轴线与天线轴套5轴线夹角为90°，步进丝杠17上螺接有滑台，电池包18通过框架与滑台固定，天线轴套5通过连杆轴接于尾部舱段3的上方，由天线舵机4控制其位置。

具体的，水下摄像机15安装在首部舱段1的斜下方，水下摄像机15的轴线与水平线的夹角为70°；小型摄像头7安装在天线轴套5的末端，小型摄像头7的轴线与天线轴套5轴线夹角为90°；电池包18通过框架与步进丝杠17的滑台固定；天线轴套5通过连杆轴接于尾部舱段3的上方，由天线舵机4控制其位置，当水下机器人在水下航行时，尾部天线与水下机器人回转中轴线平行，保障水下机器人拥有良好的线型，保障水下机器人行驶的续航力与快速性，当水下机器人在近水面需要与上位机通讯或进行水面图像采集时，尾部天线会竖立，尽量保障天线与水平面的垂直，保障通讯效果与水面图像采集效果。数据传输天线19可以根据任务要求改变位置；数据传输天线19可以根据AUV的航行情况保证水面摄像机图像的稳定。

进一步的，避碰前视声呐16、水下摄像机15、高度计14、深度压力传感器13、步进丝杠17、电池包18、小型摄像头7、GPS6、推进器9、尾舵机10和天线舵机4均与控制器12电连接，控制器12通过图像传输电台11与通信网桥信号连接。

参照图2所示，一种便携式自主水下机器人控制系统，基于上述的一种便携式自主水下机器人系统，便携式自主水下机器人控制系统包括上位机系统、主控制器系统和协助控制器系统，其中，

上位机系统布置了网络通信节点、水面摄像机监控节点、水下摄像机监控节点、手动控制节点、轨迹设定节点、数传电台监控节点、天线舵控制节点、数据下载节点和航行数据监测节点，

网络通信节点用于和主控制系统的通信；

水面和水下摄像机监控节点，用于回放视频和实时监视；

手动控制节点，用于使驾驶员接管便携式水下机器人的控制并直接发布控制参数至执行机构相应话题；

轨迹设定节点，用于将通过地图生成的GPS坐标组成的任务信息发布到任务话题下，由控制器12负责解析并执行相应任务；

数据下载节点，用于将便携式水下机器人航行的所有数据按需下载到本地进行分析或进行仿真再现；

航行数据监测节点，用于在便携式水下机器人在水面与基站建立可靠通信之后，实时反馈便携式水下机器人的运行状态参数；

主处理器系统包括ROSMaster进程系统、控制器节点、水下摄像机节点、水面摄像机节点、IMU节点、通信节点、前视声呐节点、能源控制节点、数据存储节点和安全控制节点，

ROSMaster进程系统，用于接受节点的注册、话题的注册、服务的注册和参数服务器的维持；

控制器节点，用于根据传感器数据生成响应的舵机、推进器、步进电机控制指令，并发布到相应话题之下；

水面和水下摄像机节点，用于通过将水下摄像机15和小型摄像头7拍摄到的数据压缩为H.264格式之后，将视频数据发布到水面摄像机和水下摄像机图像话题下；

IMU节点，用于通过串口获取IMU提供的便携式水下机器人的姿态与运动角速度和加速度信息，并将相关信息发布到IMU数据话题下；

通信节点，用于负责与协助控制器系统和上位机系统进行通信；

前视声呐节点，用于通过串口获取声纳的结果，并将结果输出到声纳信息话题下；

能源控制节点，用于通过订阅设备运行开关话题，按照话题信息通过GPIO控制电源板上开关进而开启\关闭相关设备；

数据存储节点，用于订阅所有话题，并将所有数据作为航行日志存储在本地，以便后续查询和下载；

安全控制节点，用于负责监控便携式水下机器人深度、各个设备工作情况以及电池包18的状态，在发生电力不足、设备工作异常和控制器异常导致深度超过限定深度时，接管便携式水下机器人控制，使便携式水下机器人浮出水面，与岸基建立通信，发送位置和异常信息；

协助控制器系统中包括串口通信节点、天线舵控制节点、尾舵控制节点、尾推控制节点、深度计节点、GPS节点和高度计节点，

串口通信节点，用于协助控制器系统与主处理器系统之间的通信；

天线舵控制节点，用于通过订阅天线舵角度话题，在话题收到消息后，根据收到的舵机期望角度，使响应端口输出合适占空比的PWM波；

尾部舵机控制节点，用于通过订阅尾部舵角话题，根据消息结果，输出合适PWM波，还用于通过订阅尾推推力话题，根据推力和转速的对应曲线，通过输出特定占空比的PWM波控制电调使推进器达到特定推力；

高度计节点，用于通过串口通信按照一定的(依据控制算法采样，大于10hz，范围到整个系统硬件中最大采样频率最小的元件的频率)采样频率将高度计的高度结果和置信度发布到高度话题下；

深度计节点，用于通过IIC通信，将深度计获取的压力和温度信息通过温度补偿算法补偿之后，将深度信息发布到深度话题下；

GPS节点，用于通过串口通信将GPS6目前输出的位置信息按照协议解析为经纬度之后，发布到GPS位置话题下。

具体的，所述的水下机器人运动控制系统控制的运动单元包括推进器、重心调节机构、尾垂舵及天线舵机；所述的水下机器人控制系统采用一种基于模型预测控制的控制方法；所述的水下机器人控制系统集成了任务载荷的处理功能；所述的任务载荷处理功能包括对图像信息的编码、储存及电台推流；便携式水下机器人采用的为H264的编码格式，将其输出帧率设置为30，清晰度为720p，其输出平均码率为200kByte/s；所述的水下机器人控制系统可以依据设备使用情况控制设备开关，减少能量损耗；通过将所有设备进行分类为常开设备，水面常开设备，水下常开设备；根据便携式水下机器人执行的任务，除了常开的主控制器之外，水面常开设备和水下常开设备分别在水面运动和水下运动时打开，其余关闭；其中常开设备为RK3399，水面常开设备由小型摄像头7、GPS6、IMU、尾舵机10、推进器9、丝杠步进电机17、图像传输电台11、协处理器、天线舵机4组成，水下常开设备由水下摄像机15、IMU、尾舵机10、丝杠步进电机、协处理器和避碰前视声呐16。

水下机器人运动控制系统包括运动控制算法的集成与各传感器与受控单元的信号传输；水下机器人控制系统是一种基于ROS的AUV控制软件；水下机器人运动控制系统控制的运动单元包括推进器、重心调节机构、尾垂舵及天线舵机；水下机器人控制系统采用一种基于模型预测控制的控制方法；水下机器人控制系统集成了任务载荷的处理功能。其中，所述的任务载荷处理功能包括对摄像机实时内容的编码以及高效的推流算法。

如图3所示，本发明提供了一种便携式自主水下机器人系统的上位机，包括任务与控制信息显示处理终端与通信网桥，任务与控制信息显示处理终端是一种集成了用于实时水面图像数据展示的窗口；水下机器人运动姿态实时信息显示，包括卫星地图标识的位置与首向以及水下摄像机侧视图展示的俯仰角、步进舵机位置、距底高度、天线竖立情况、推进器输出及尾舵舵角情况；水下机器人任务命令发布与信息对话框，包括展示水下机器人当前的任务命令以及控制模式和水下机器人所回复的命令确认、控制模式设置成功确认以及异常报警；水下机器人屏幕遥控可链接手柄；水下机器人控制模式设置可通过下拉菜单及弹出窗口具体设置的Windows桌面应用程序。

本发明的使用方法如下：

首先在上位机界面设置好水下机器人的任务需求及控制模式，包括摄像需求及摄像路线，以及水下机器人运动控制相关参数的设置；等待上位机与水下机器人成功建立通讯后，可以通过小艇由单人或二人在空旷的良好海域下将便携式自主水下机器人布放；在上位机发布命令并等待水下机器人回复；如果命令被拒绝可按照提示修改命令；水下机器人可按照航位推算导航与GPS位置修正完成指定的路径，并在目标海域由水下摄像机15进行水下探测，由小型摄像头7进行水面探测；完成任务后水下机器人将自动返回上位机所在位置。

Claims (8)

1.一种便携式自主水下机器人系统，包括水面上位机与水下机器人，其特征在于，

水面上位机与水下机器人双向连接，其中，

水面上位机，用于向水下机器人发送控制命令；

水下机器人，用于接收和按照控制命令行动，同时向水面上位机回传任务图像和相关传感器数据，

水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端和通信网桥，水下机器人通过通信网桥与水面上位机包括任务与控制信息显示处理终端。

2.根据权利要求1的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，水下机器人，包括首部舱段(1)、中部水密舱段(2)和尾部舱段(3)，首部舱段(1)、中部水密舱段(2)和尾部舱段(3)依次水密连接。

3.根据权利要求2的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，首部舱段(1)包括避碰前视声呐(16)、水下摄像机(15)、高度计(14)和深度压力传感器(13)，避碰前视声呐(16)安装在首部舱段(1)的前端，水下摄像机(15)设置在避碰前视声呐(16)的后方，高度计(14)安装于首部舱段(1)下端，深度压力传感器(13)设置于首部舱段(1)的后部中心，其中，

避碰前视声呐(16)，用于自动避障或其他任务中进行目标识别；

水下摄像机(15)，用于拍摄水下图像；

高度计(14)，用于保障水下机器人与水底保持安全距离；

深度压力传感器(13)，用于得到水下机器人的实时深度数据。

4.根据权利要求3的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，中部水密舱段(2)包括控制器(12)、图像传输电台(11)、步进丝杠(17)和电池包(18)，

控制器(12)安装在中部水密舱段(2)的上前端，图像传输电台(11)安装在控制器(12)的后侧，步进丝杠(17)安装在中部舱段(2)的下部，电池包(18)安装于步进丝杠(17)的下方，构成重心调节机构，其中，

控制器(12)，其中包括主处理器、协处理器、IMU和电源控制板，用于从图像传输电台(11)接收命令；

图像传输电台(11)，用于接收控制命令与上传任务图像；

步进丝杠(17)与电池包(18)，用于构成重心调节机构，从而控制水下机器人的俯仰角。

5.根据权利要求4的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，尾部舱段(3)包括天线舵机(4)、天线轴套(5)、小型摄像头(7)、GPS(6)、数据传输天线(19)、推进器(9)、垂直尾舵(8)和尾舵机(10)，天线舵机(4)安装在尾部舱段(3)的前段，天线轴套(5)安装于尾部舱段(3)的上端，GPS(6)、小型摄像头(7)和数据传输天线(19)依次安装于天线轴套(5)的末端，推进器(9)安装于尾部舱段(3)的后端，垂直尾舵(8)设置于推进器(9)的后方，受尾舵机(10)的控制。

6.根据权利要求5的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，水下摄像机(15)的轴线与水平线的夹角为70°，小型摄像头(7)的轴线与天线轴套(5)轴线夹角为90°，步进丝杠(17)上螺接有滑台，电池包(18)通过框架与滑台固定，天线轴套(5)通过连杆轴接于尾部舱段(3)的上方，由天线舵机(4)控制其位置。

7.根据权利要求1-6任一项的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，避碰前视声呐(16)、水下摄像机(15)、高度计(14)、深度压力传感器(13)、步进丝杠(17)、电池包(18)、小型摄像头(7)、GPS(6)、推进器(9)、尾舵机(10)和天线舵机(4)均与控制器(12)电连接，控制器(12)通过图像传输电台(11)与通信网桥信号连接。

8.一种便携式自主水下机器人控制系统，基于权利要求1-7任一项的一种便携式自主水下机器人系统，其特征在于，便携式自主水下机器人控制系统包括上位机系统、主控制器系统和协助控制器系统，其中，

上位机系统布置了网络通信节点、水面摄像机监控节点、水下摄像机监控节点、手动控制节点、轨迹设定节点、数传电台监控节点、天线舵控制节点、数据下载节点和航行数据监测节点，

网络通信节点用于和主控制系统的通信；

水面和水下摄像机监控节点，用于回放视频和实时监视；

手动控制节点，用于使驾驶员接管便携式水下机器人的控制并直接发布控制参数至执行机构相应话题；

轨迹设定节点，用于将通过地图生成的GPS坐标组成的任务信息发布到任务话题下，由控制器(12)负责解析并执行相应任务；

数据下载节点，用于将便携式水下机器人航行的所有数据按需下载到本地进行分析或进行仿真再现；

航行数据监测节点，用于在便携式水下机器人在水面与基站建立可靠通信之后，实时反馈便携式水下机器人的运行状态参数；

主处理器系统包括ROSMaster进程系统、控制器节点、水下摄像机节点、水面摄像机节点、IMU节点、通信节点、前视声呐节点、能源控制节点、数据存储节点和安全控制节点，

ROSMaster进程系统，用于接受节点的注册、话题的注册、服务的注册和参数服务器的维持；

控制器节点，用于根据传感器数据生成响应的舵机、推进器、步进电机控制指令，并发布到相应话题之下；

水面和水下摄像机节点，用于通过将水下摄像机(15)和小型摄像头(7)拍摄到的数据压缩为H.264格式之后，将视频数据发布到水面摄像机和水下摄像机图像话题下；

IMU节点，用于通过串口获取IMU提供的便携式水下机器人的姿态与运动角速度和加速度信息，并将相关信息发布到IMU数据话题下；

通信节点，用于负责与协助控制器系统和上位机系统进行通信；

前视声呐节点，用于通过串口获取声纳的结果，并将结果输出到声纳信息话题下；

能源控制节点，用于通过订阅设备运行开关话题，按照话题信息通过GPIO控制电源板上开关进而开启\关闭相关设备；

数据存储节点，用于订阅所有话题，并将所有数据作为航行日志存储在本地，以便后续查询和下载；

安全控制节点，用于负责监控便携式水下机器人深度、各个设备工作情况以及电池包(18)状态，在发生电力不足、设备工作异常和控制器异常导致深度超过限定深度时，接管便携式水下机器人控制，使便携式水下机器人浮出水面，与岸基建立通信，发送位置和异常信息；

协助控制器系统中包括串口通信节点、天线舵控制节点、尾舵控制节点、尾推控制节点、深度计节点、GPS节点和高度计节点，

串口通信节点，用于协助控制器系统与主处理器系统之间的通信；

天线舵控制节点，用于通过订阅天线舵角度话题，在话题收到消息后，根据收到的舵机期望角度，使响应端口输出合适占空比的PWM波；

尾部舵机控制节点，用于通过订阅尾部舵角话题，根据消息结果，输出合适PWM波，还用于通过订阅尾推推力话题，根据推力和转速的对应曲线，通过输出特定占空比的PWM波控制电调使推进器达到特定推力；

高度计节点，用于通过串口通信按照一定的采样频率将高度计的高度结果和置信度发布到高度话题下；

深度计节点，用于通过IIC通信，将深度计获取的压力和温度信息通过温度补偿算法补偿之后，将深度信息发布到深度话题下；

GPS节点，用于通过串口通信将GPS(6)目前输出的位置信息按照协议解析为经纬度之后，发布到GPS位置话题下。

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