一种ROV操控系统及方法

技术领域

本发明涉及水下机器人操控技术领域，尤其涉及一种ROV操控系统及方法。

背景技术

随着海洋技术的快速发展和对蓝色经济的关注，ROV技术被广泛运用于海洋资源勘探、海洋环境保护、水下工程等领域。ROV是一种远程控制的水下机器人，与人类操作员相连，用于执行各种相关任务。ROV通常配备了各种类型的传感器，用于获取环境信息和采集数据。这些传感器包括摄像头、声纳、多光谱传感器等，可以提供高分辨率的图像、影像、声纳探测等功能。ROV的工作通过传输复杂的实时数据来实现，如图像、声音、环境参数和机器数据等。

在国外，ROV操控系统软件已经投入了大量的研究资源。这些软件通常具有强大的功能，可以实时监控和控制ROV的运动，包括操纵船体、操作机械臂和采集数据等。同时，这些软件还提供了高清图像和视频传输功能，使操作员能够清晰地观察海底环境。一些软件还配备了智能算法，能够自动识别目标和障碍物，提供智能化的辅助控制和导航功能。此外，一些开源的ROV操控软件也在不断发展，为研究和个人开发者提供了更多的选择和自定义功能。

在国内，ROV操控软件的发展相对较新。国内一些科研机构和企业正在致力于ROV操控软件的研究和开发，旨在提供更高效、智能化的ROV操作体验。这些软件通常结合了多种传感器和图像处理技术，提供了的环境感知设备。此外，一些专门针对海洋科考和资源勘探的ROV操控软件也在积极发展，以满足相关领域的需求。

然而，在海洋中进行ROV操控并不容易，由于ROV的功能集成性较强，搭载的设备较多（如声纳、相机、机械手等），而现有技术中缺乏具备人机交互的集成统一的控制系统，因此需要操作人员对每个设备进行单独操控，这就需要其对ROV上装载的各个设备都有全面而准确的理解，进而较大程度的提高了ROV的操作门槛，因此为了实现ROV水下操作的普适性，亟需一种结构功能全面的、集成统一的ROV操控系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构功能全面的、集成统一的ROV操控系统及方法；

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种ROV操控系统，其特点是：

包括数据服务模块，所述数据服务模块通过以太网分别连接有导航显示模块、视频监控模块、航行控制模块、机械手操控模块、照明控制模块、电力控制模块、液压控制模块和推进器监控模块；

所述导航显示模块用于显示当前ROV的位置、姿态的状态信息；

所述视频监控模块用于显示和保存ROV装载的相机输出的视频信息；

所述航行控制模块用于设置ROV的工作模式、航向、速度和姿态，实现对ROV的航行操控；

所述机械手操控模块用于操控机械手完成抓取或放置命令，并且可通过三维模型实时显示当前机械手形态；

所述照明控制模块用于控制和显示ROV照明设备开关状态、亮度大小；

所述电力控制模块用于控制和显示ROV设备电力状态信息；

所述液压控制模块用于控制和显示ROV液压设备状态信息；

所述推进器监控模块用于显示ROV各个推进器当前转速、目标转速的实时状态信息；

所述数据服务模块与ROV相连接，用于提供ROV上装载的各个设备间的数据订阅和分发服务，同时通过设置服务端参数信息，连接数据服务端，提供服务端数据订阅、维护功能，为上述的导航显示模块、视频监控模块、航行控制模块、机械手操控模块、照明控制模块、电力控制模块、液压控制模块和推进器监控模块提供数据支撑服务。

进一步，所述导航显示模块基于海图显示ROV实时绝对位置信息，通过二维坐标系显示与母艇的相对位置，使用数据服务模块提供数据订阅服务，完成信息数据的实时更新。

进一步，所述航行控制模块通过航行操控界面实现ROV航行定深、定高、定位工作模式的设定，通过航行操作杆实现ROV的前进、后退、转向航行控制，使用数据服务模块提供的数据分发服务，完成指令的下发。

进一步，所述机械手操控模块通过Can总线协议与机械手操作杆实现通信，通过机械手操作杆实现机械手操作指令的下发，完成机械手的抓取、放置动作，同时所述机械手操控模块与机械手的三维模型内部采用Udp方式进行通信，驱动三维模型运转。

进一步，所述液压控制模块通过使用数据服务模块提供数据分发与订阅服务，实现对泵站、压力加载阀的增压、卸压操作，通过设置液推阀的开度数值，完成机械手的供油、断油设置。

本发明还提供一种基于所述的ROV操控系统操控ROV执行水下取样任务的方法，其特点是，包括以下步骤：

1）通过上述ROV操控系统实现对ROV各设备状态的检测，并根据使用需求对设备运行状态进行调节，具体为：

通过电力控制模块观察ROV的供电状态是否正常，并根据使用需求设置总线、支线的供电状态，通过数据服务模块将指令下发到配电控制设备；

通过液压控制模块观察ROV的液压控制状态是否正常，并根据使用需求设置设备的液压状态、供油状态，通过数据服务模块将指令下发到液压控制设备；

通过照明控制模块观察ROV的照明设备状态是否正常，并根据使用需求设置设备的照明状态，通过数据服务模块将指令下发到对应照明设备；

通过推进器监控模块观察ROV各个推进器的状态是否正常；

通过导航显示模块观察ROV的位置信息能否正确获取并显示；

通过视频监控模块观察ROV的各路相机视频流信息能否成功获取；

2）通过航行控制模块实现ROV航行定深、定高、定位的设定，并根据导航显示模块与视频监控模块获取的ROV位置信息与视频信息，配合航行操作杆实现ROV的航行控制，将ROV行驶至水下指定位置；

3）ROV到达指定位置后，根据视频监控模块获取的视频信息，通过机械手操控模块实现机械手的动作控制，根据机械手三维仿真页面观察机械手的整体姿态，配合机械手操作杆实现对机械手姿态的调整，完成对目标的取样；

4）取样完成后，通过航行控制模块配合航行操作杆将ROV行驶至预定回收位置，实现对取样目标的回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过设置数据服务模块与其他业务模块，将ROV装载的各个设备的功能集成统一，简化了操作逻辑，使操作人员易于理解和操作，可以快速学习和上手，有效降低了ROV的整体操作使用门槛；

（2）本发明可以实现ROV远程控制，操作人员可以通过软件界面实时监控ROV状态、控制器械和执行任务，提高操作的精确性和效率；

（3）本发明可以提供实时视频传输功能，使操作人员可以通过软件界面观看ROV所见的水下图像，使操作人员能够更好地理解和判断水下环境的情况，进行准确的操作和决策。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便本领域技术人员进一步理解本发明，而不构成对其权利的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

参照图1，一种ROV操控系统，

包括数据服务模块，所述数据服务模块通过以太网分别连接有导航显示模块、视频监控模块、航行控制模块、机械手操控模块、照明控制模块、电力控制模块、液压控制模块和推进器监控模块；

所述导航显示模块用于显示当前ROV的位置、姿态的状态信息；导航显示模块基于海图显示ROV实时绝对位置信息，通过二维坐标系显示与母艇的相对位置，使用数据服务模块提供数据订阅服务，完成信息数据的实时更新。

所述视频监控模块用于显示和保存ROV装载的相机输出的视频信息；视频监控模块通过实时接收多个相机输出多路视频信息，完成视频流的显示和保存。操作人员可以通过视频监控模块记录和存储ROV运行数据和传感器采集的数据，所记录的数据可用于后续分析和研究，帮助研究人员快速了解目标水域的水下环境、资源勘探和生态状况等，有利于后续任务的推进。

所述航行控制模块用于设置ROV的工作模式、航向、速度和姿态，实现对ROV的航行操控；航行控制模块通过航行操控界面和航行操作杆，实现定深、定高、定位工作模式的设定，完成前进、后退、转向的航行控制，使用数据服务模块提供的数据分发服务，完成指令的下发。

所述机械手操控模块用于操控机械手完成抓取或放置命令，并且可通过三维模型实时显示当前机械手形态；机械手操控模块通过Can总线协议与机械手操作杆实现通信，通过机械手操作杆实现机械手操作指令的下发，完成机械手的抓取、放置动作，同时所述机械手操控模块与机械手的三维模型内部采用Udp方式进行通信，驱动三维模型运转。

所述照明控制模块用于控制和显示ROV照明设备开关状态、亮度大小；照明控制模块通过数据服务模块提供数据分发和订阅服务，能够设置照明开关和亮度，实现开关指令下发、当前照明亮度显示。

所述电力控制模块用于控制和显示ROV设备电力状态信息；电力控制模块通过数据服务模块提供的数据分发和订阅服务，能够控制ROV电力打开与关闭，实时显示输出电压、电流信息。

所述液压控制模块用于控制和显示ROV液压设备状态信息；液压控制模块通过使用数据服务模块提供数据分发与订阅服务，实现对泵站、压力加载阀的增压、卸压操作，通过设置液推阀的开度数值，完成机械手的供油、断油设置。

所述推进器监控模块用于显示ROV各个推进器当前转速、目标转速的实时状态信息；推进器监控模块通过使用数据服务模块提供数据订阅服务，实时显示对应推进器的转速、报警信息。

所述数据服务模块与ROV相连接，用于提供ROV上装载的各个设备间的数据订阅和分发服务，同时通过设置服务端参数信息，连接数据服务端，提供服务端数据订阅、维护功能，为上述的导航显示模块、视频监控模块、航行控制模块、机械手操控模块、照明控制模块、电力控制模块、液压控制模块和推进器监控模块提供数据支撑服务。

一种基于所述的ROV操控系统操控ROV执行水下取样任务的方法，包括以下步骤：

1）通过上述ROV操控系统实现对ROV各设备状态的检测，并根据使用需求对设备运行状态进行调节，具体为：

通过电力控制模块观察ROV的供电状态是否正常，并根据使用需求设置总线、支线的供电状态，通过数据服务模块将指令下发到配电控制设备；

通过液压控制模块观察ROV的液压控制状态是否正常，并根据使用需求设置设备的液压状态、供油状态，通过数据服务模块将指令下发到液压控制设备；

通过照明控制模块观察ROV的照明设备状态是否正常，并根据使用需求设置设备的照明状态，通过数据服务模块将指令下发到对应照明设备；

通过推进器监控模块观察ROV各个推进器的状态是否正常；

通过导航显示模块观察ROV的位置信息能否正确获取并显示；

通过视频监控模块观察ROV的各路相机视频流信息能否成功获取；

2）通过航行控制模块实现ROV航行定深、定高、定位的设定，并根据导航显示模块与视频监控模块获取的ROV位置信息与视频信息，配合航行操作杆实现ROV的航行控制，将ROV行驶至水下指定位置；

3）ROV到达指定位置后，根据视频监控模块获取的视频信息，通过机械手操控模块实现机械手的动作控制，根据机械手三维仿真页面观察机械手的整体姿态，配合机械手操作杆实现对机械手姿态的调整，完成对目标的取样；

4）取样完成后，通过航行控制模块配合航行操作杆将ROV行驶至预定回收位置，实现对取样目标的回收。

在本发明所述的ROV操控系统进行水下取样任务时，操控人员首先登录到ROV操控系统，进入系统主界面，选择操控台多个屏幕显示内容的配置方案，系统会根据显示配置方案内容打开对应的业务模块，操控人员通过对应的业务模块对ROV上装载的各个设备的工作状态进行检测，并根据使用需求进行参数设定：观察电力控制模块，查看当前供电状态，是否获取数据正常，是否满足设备运行要求，是否有预警、报警信息，根据任务需求，设置总线、支线的供电状态，通过数据服务模块下发到配电控制设备；观察液压控制模块，查看当前设备液压控制状态，是否获取数据正常，是否满足设备运行要求，是否有预警、报警信息；根据任务需求，设置设备液压状态、供油状态等，通过数据服务模块下发到对应控制设备；观察照明控制模块，查看当前ROV照明开关状态，是否能正常获取数据，通过界面操作，打开或者关闭照明设备，并且通过数据服务模块下发到对应照明设备；观察推进器监控模块，查看当前各推进器状态，是否成功获取数据状态，是否有预警和报警信息；观察导航显示模块，查看设备位置、姿态等信息是否成功获取，海图是否显示正常，ROV图标是否正确显示在对应位置；观察视频监控模块，查看各路相机视频流信息是否成功获取，系统是否能够成功显示和保存视频信息。

待各设备工况检测无误后，即可进行ROV的航行操控，操作人员通过系统航行控制模块和航行操作杆对ROV进行航行控制，将ROV驶向预定的坐标位置。在航行操作页面，操作人员设置当前ROV航行模式，包括定深、定高、定深、定位，完成模式设定后，可点击前进、后退、左转、右转、上浮、下潜图片按钮，实现ROV航行操控。操作人员手握航行操作杆，按下定深、定高、定深、定位按键完成工作模式设定，通过推拉、旋转操作杆来完成航行控制。操作人员在进行航行操控时，可以实时查看导航显示模块，实时监控当前ROV位置、姿态信息、历史航迹、与母艇、目标地点相对位置等信息。同时，视频监控模块实时传输当前ROV周边的环境、地形信息，操作人员根据视频信息，进行航行控制和决策制定，保障设备的航行安全。

在ROV到达目标位置后，操作人员可以通过机械手操控模块，控制机械手的抓取、放下等操作，完成指定的取样任务。操作人员手握机械手操作杆，按下使能开关，开始操作机械手。根据视频监控模块中显示的目标物体位置，操作人员旋转、推拉操作杆，下发机械臂旋转、伸出等操作指令，调整机械手姿态，将待取样物体稳步夹持。在取样过程中，操作人员可以通过机械手三维仿真页面观察当前机械手整体姿态信息，并根据这些信息对机械手的下一步动作进行调节。

待机械手取样完成后，操作人员通过航行控制模块和航行操作杆对ROV进行航行控制，将ROV驶向预定的回收位置。待ROV成功到达后即可通过机械手操控模块将取样完成的物体送入回收容器中，完成一次水下取样作业。

在执行任务的过程中，数据服务模块提供的数据分发、订阅、存储服务，既保证了业务模块间的数据交互，又为任务后的数据回放提供数据支撑。

本发明的ROV操控系统，实现了ROV的远程控制，使操作人员可以在安全的地方操控ROV；通过数据服务模块将ROV装载的各个设备的功能集成，简化了操作逻辑，使操作人员易于理解和操作，可以快速学习和上手，降低了使用门槛；通过视频监控模块记录和存储ROV运行数据和传感器采集的数据，数据可用于后续分析和研究，帮助了解水下环境、资源勘探和生态状况等；操作人员可以通过软件界面实时监控ROV状态、控制器械和执行任务，提高操作的精确性和效率；提供实时视频传输功能，使操作人员可以通过软件界面观看ROV所见的水下图像，使操作人员能够更好地理解和判断水下环境的情况，进行准确的操作和决策；具备实时故障诊断功能，可以监测和识别ROV的各种传感器和系统状态，如有异常情况或故障发生，系统可以提供警报或报警，同时显示相关的故障信息，帮助操作人员及时处理问题。

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。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。