【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及水下機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水下路障躲避方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水下機器人可在高度危險環(huán)境、被污染環(huán)境以及零可見度的水域代替人工在水下長時間作業(yè)。其中，水下機器人上一般配備聲吶系統(tǒng)、攝像機、照明燈和機械臂等裝置，能提供實時視頻、聲吶圖像信息，并且能夠使用機械臂抓起重物。水下機器人在安全搜救、管道檢查、科研教學(xué)、水下娛樂、能源產(chǎn)業(yè)、考古、漁業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

由于水下機器人工作環(huán)境的特殊性，即在水下工作且無人現(xiàn)場控制，對水下機器人的智能化要求比較高。而水下最有可能出現(xiàn)的事故為，水下機器人在運行過程中，與障礙物碰撞引起的事故，對水下機器人的結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p壞。現(xiàn)有技術(shù)中，水下機器人基本上能夠檢測到前方是否存在障礙物，并根據(jù)無線通信網(wǎng)絡(luò)接收水上控制臺的避讓指令以完成障礙物避讓，無法實現(xiàn)自動避讓，更不能根據(jù)障礙物的具體情況制定不同的避讓措施。

在水下機器人的水下操作過程中，最常見的問題是，由于海下環(huán)境的復(fù)雜性，經(jīng)常會遇到不同形狀的障礙物，需要對這些障礙物進行有效的躲避，以保證水下工作的正常開展。當(dāng)前的水下機器人都能識別到障礙物，但需要根據(jù)水上控制平臺的控制指令才能完成躲避動作，而且躲避模式過于單一，有時甚至需要繞過很寬但其實很低的障礙物才能到達目的地。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例要解決的技術(shù)問題是如何提高水下機器人躲避路障的智能性和預(yù)判性。

本發(fā)明實施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種水下路障躲避方法，包括：

水下機器人確定當(dāng)前的位置信息，向服務(wù)端發(fā)送攜帶所述位置信息的地理模塊請求；其中，所述地理模塊為預(yù)設(shè)形狀的單元，地理模塊內(nèi)部包含現(xiàn)實環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的路障信息；

水下機器人根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，生成避讓策略；其中，所述避讓策略包括一個或者多個閾值信息，以及對應(yīng)各閾值信息的避讓動作；

水下機器人根據(jù)其行徑方向和實時的位置信息，判斷當(dāng)前所滿足的閾值信息，并采取對應(yīng)該閾值信息的避讓動作。

可選的，當(dāng)水下機器人的行徑路線已經(jīng)確認(rèn)，則所述方法還包括：

接收所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊；

其中，所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊是由服務(wù)端在確認(rèn)水下機器人的行徑路線后，從數(shù)據(jù)庫中查找得到。

可選的，根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，生成避讓策略，具體包括：

根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，確定各地理模塊中包含的路障信息；

根據(jù)路障信息中路障類型、路障大小和路障結(jié)構(gòu)，以及水下機器人自身的大小、性能參數(shù)和工作類型，生成避讓策略；所述避讓策略包括：

浮起到指定高度后前進通過、下沉到指定高度后前進通過、繞道指定位置后通過中的一項或者多項避讓動作；

各避讓動作對應(yīng)各自的閾值信息，所述閾值信息作為執(zhí)行所述避讓動作的判斷依據(jù)存儲在所述水下機器人中，或者由所述水下機器人動態(tài)生成。

可選的，所述地理模塊由一個或者多個水下機器人在目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中工作得到，其中，系統(tǒng)中包括具有主動聲吶功能的母船、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)和所述水下機器人，

所述水下機器人用于獲取路障相對于水下機器人的第一位置信息和路障內(nèi)容，并發(fā)送所述第一位置信息到母船；所述母船和浮標(biāo)之間相差預(yù)設(shè)距離，母船用于獲取所述浮標(biāo)的第二位置信息；浮標(biāo)中記錄有母船聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機器人的聲吶反射信號反饋給母船；

所述母船還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息、母船和浮標(biāo)采集到的水下機器人的聲吶反射信號，以及路障相對于水下機器人的第一位置信息，計算得到路障的定位信息；并根據(jù)所述路障的定位信息和路障內(nèi)容，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

可選的，所述方法還包括：

若水下機器人在執(zhí)行避讓動作時，發(fā)生避讓失敗；

回溯水下機器人的位置信息和執(zhí)行避讓動作對應(yīng)的地理模塊，確認(rèn)閾值信息判斷是否正確；

若判斷正確則根據(jù)所述水下機器人記錄的環(huán)境信息更新對應(yīng)的地理模塊；若判斷有誤，則調(diào)整避讓策略生成機制。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種水下路障躲避系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括水下機器人和服務(wù)端包括：

所述服務(wù)端用于存儲地理模塊，并在接收攜帶水下機器人位置信息的地理模塊請求時，反饋對應(yīng)的一個或者多個地理模塊；其中，所述地理模塊為預(yù)設(shè)形狀的單元，地理模塊內(nèi)部包含現(xiàn)實環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的路障信息；

所述水下機器人，用于根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，生成避讓策略；其中，所述避讓策略包括一個或者多個閾值信息，以及對應(yīng)各閾值信息的避讓動作；水下機器人還用于根據(jù)其行徑方向和實時的位置信息，判斷當(dāng)前所滿足的閾值信息，并采取對應(yīng)該閾值信息的避讓動作。

可選的，當(dāng)水下機器人的行徑路線已經(jīng)確認(rèn)，則所述系統(tǒng)還包括：

服務(wù)端在確認(rèn)水下機器人的行徑路線后，從數(shù)據(jù)庫中查找得到所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊，并發(fā)送給水下機器人；

所述水下機器人還用于接收所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊。

可選的，所述系統(tǒng)還包括具有主動聲吶功能的母船、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)，

所述水下機器人還用于獲取路障相對于水下機器人的第一位置信息和路障內(nèi)容，并發(fā)送所述第一位置信息到母船；所述母船和浮標(biāo)之間相差預(yù)設(shè)距離，母船用于獲取所述浮標(biāo)的第二位置信息；浮標(biāo)中記錄有母船聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機器人的聲吶反射信號反饋給母船；

所述母船或服務(wù)端還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息、母船和浮標(biāo)采集到的水下機器人的聲吶反射信號，以及路障相對于水下機器人的第一位置信息，計算得到路障的定位信息；并根據(jù)所述路障的定位信息和路障內(nèi)容，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

可選的，所述服務(wù)端還用于統(tǒng)計水下機器人避讓策略執(zhí)行成功率，若水下機器人在執(zhí)行避讓動作時，發(fā)生避讓失??；

服務(wù)器還用于回溯水下機器人的位置信息和執(zhí)行避讓動作對應(yīng)的地理模塊，確認(rèn)閾值信息判斷是否正確；

若判斷正確則根據(jù)所述水下機器人記錄的環(huán)境信息更新對應(yīng)的地理模塊；若判斷有誤，則調(diào)整水下機器人的避讓策略生成機制。

可選的，所述地理模塊大小的是根據(jù)所述水下機器人所具備的傳感設(shè)備在海中所能檢測到的范圍區(qū)域來設(shè)定的，其形狀可以是正六邊形、矩形或者是其它可以由所述檢測到的范圍區(qū)域裁剪出來，并可供完成拼接的圖形。

本發(fā)明實施例提出了一種基于地理模塊的路障預(yù)判斷，并根據(jù)判斷執(zhí)行避讓動作的方法。該方法可以充分利用歷史上水下機器人工作過程中的采集數(shù)據(jù)，并按照水下機器人的傳感檢測特性將工作海域分成諸多地理模塊，從而能夠在確定當(dāng)前任務(wù)所對應(yīng)的工作區(qū)域，給相應(yīng)水下機器人發(fā)送相應(yīng)的地理模塊，有效的減少了水下機器人對數(shù)據(jù)的分析處理總量，并能提高水下機器人的響應(yīng)速率和工作的安全性。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種水下路障躲避方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種地理模塊生成原理示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種水下路障躲避方法流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的一種水下路障躲避方法流程圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種地理模塊生成的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的另一種地理模塊生成的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的另一種地理模塊生成的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

【具體實施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實施例1:

本發(fā)明實施例1提供了一種水下路障躲避方法，所述路障躲避方法適用于各種水下機器人工作場合，尤其適用于存在大量重復(fù)或交叉路線的位于海底附近的水下機器人工作領(lǐng)域，如圖1所示，所述方法包括：

在步驟201中，水下機器人確定當(dāng)前的位置信息，向服務(wù)端發(fā)送攜帶所述位置信息的地理模塊請求。

其中，所述地理模塊為預(yù)設(shè)形狀的單元，地理模塊內(nèi)部包含現(xiàn)實環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的路障信息。所述地理模塊大小的是根據(jù)所述水下機器人所具備的傳感設(shè)備在海中所能檢測到的范圍區(qū)域來設(shè)定的，其形狀可以是正六邊形、矩形或者是其它可以由所述檢測到的范圍區(qū)域裁剪出來，并可供完成拼接的圖形。例如圖2所示(圖中并未按照比例示出，實際探測距離可能遠大于水下機器人的尺寸)，其中，水下機器人的外形為圖中3所示，其傳感器所能檢測的范圍如圖中31標(biāo)注的區(qū)域所示，而裁剪出的地理模型為圖中標(biāo)注32區(qū)域所示。實際情況中，因為水下機器人是處于運動狀態(tài)的(例如：水平運動)，因此，地理模型的長度理論上可以在一連續(xù)長度上任意的設(shè)定并完成截取。

在步驟202中，水下機器人根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，生成避讓策略。

其中，所述避讓策略包括一個或者多個閾值信息，以及對應(yīng)各閾值信息的避讓動作。其中，閾值信息實際是避讓動作的判斷依據(jù)，所述閾值信息可以是單一的參數(shù)，例如由位置信息(包括經(jīng)緯度和海洋深度)；也可以是幾個參數(shù)的組合，例如由位置信息、水下機器人的移動速度、水下機器人的工作類型等等多個維度組合起來的形式。

在步驟203中，水下機器人根據(jù)其行徑方向和實時的位置信息，判斷當(dāng)前所滿足的閾值信息，并采取對應(yīng)該閾值信息的避讓動作。

本發(fā)明實施例提出了一種基于地理模塊的路障預(yù)判斷，并根據(jù)判斷執(zhí)行避讓動作的方法。該方法可以充分利用歷史上水下機器人工作過程中的采集數(shù)據(jù)，并按照水下機器人的傳感檢測特性將工作海域分成諸多地理模塊，從而能夠在確定當(dāng)前任務(wù)所對應(yīng)的工作區(qū)域后，給相應(yīng)水下機器人發(fā)送相應(yīng)的地理模塊，有效的減少了水下機器人對數(shù)據(jù)的分析處理總量，并能提高水下機器人的響應(yīng)速率和工作的安全性。

本發(fā)明實施例1所述方案可以應(yīng)用于兩種方式之中，第一種為水下機器每達到預(yù)設(shè)的移動距離，便向服務(wù)端發(fā)起一次地理模塊請求。該方式適合做不指定具體路線的尋找任務(wù)或者路徑會隨機發(fā)生改變的跟蹤任務(wù)。其中，在步驟202中接收到的一個或者多個地理模塊所覆蓋的現(xiàn)實區(qū)域的半徑大于所述預(yù)設(shè)的移動距離，從而保證每次水下機器人發(fā)起地理模塊請求時，其移動位置沒有超出地理模塊對應(yīng)的現(xiàn)實區(qū)域。對應(yīng)步驟201-203的方法步驟會在水下機器人整個工作過程中循環(huán)的被執(zhí)行。

第二種為水下機器人的工作任務(wù)由既定的路徑可尋，此時，步驟201-203的方法內(nèi)容則適用于最初水下機器人投放后為達到指定路徑起點之間的執(zhí)行過程。在第二種方式中，本發(fā)明實施例還提供了對于抵達指定路徑起點之后的地理模塊獲取方法，如圖3所示，所述方法還包括：

在步驟204中，接收所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊。

其中，所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊是由服務(wù)端在確認(rèn)水下機器人的行徑路線后，從數(shù)據(jù)庫中查找得到。

在本發(fā)明實施例步驟202中，根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，生成避讓策略，具體包括：

根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，確定各地理模塊中包含的路障信息；其中，路障信息包括路障類型、路障大小和路障結(jié)構(gòu)等，所述路障類型可以根據(jù)水下機器人的圖像采集設(shè)備(例如攝像頭)分析得到，而路障大小和路障結(jié)構(gòu)則可能需要水下機器人進行多次工作或者由專門探測過程獲取的多個地理模塊整合分析得到，而對于構(gòu)成上述大型路障對象的各地理模塊來說，雖然各地理模塊詳細描繪的是其管理的現(xiàn)實區(qū)域內(nèi)容，但是，作為大型路障的地理模塊組成成員，均會保留一份該大型路障的大小參數(shù)值和路障結(jié)構(gòu)模型，以及當(dāng)前模塊在大型路障結(jié)構(gòu)中位置信息。從而能夠讓水下機器人在獲取到構(gòu)成大型路障對象的某一組成地理模塊成員時，便能識別當(dāng)前大型路障的整體信息，并制定更為合理的避讓策略。

除了上述由地理模塊分析得到的路障相關(guān)整體信息外，為了能夠制定合理的避讓策略，另一不可或缺的元素便是水下機器人自身的大小、性能參數(shù)和工作類型。其中，機器人自身的大小直接影響著面對特定路障對象是否可以利用路障自身存在的縫隙穿越過去；機器人自身的性能參數(shù)則決定了其是否可以下潛到特定深度或者其移動速度是否可以選擇某一避讓策略并且能夠在指定時間內(nèi)完成等等；而所述工作類型則也會影響到避讓策略的制定，例如：如果水下機器人是用于拖拽光纜，則對于路障對象較高的情況，便不適用于跨越過去的方案，除此以外還包括觀察目標(biāo)對象工作任務(wù)類型、負(fù)載物品到指定位置的工作任務(wù)類型等等。

在擁有了上述路障信息和水下機器人相關(guān)信息后，便是如何來生成避讓策略，具體實現(xiàn)如下：

根據(jù)路障信息中路障類型、路障大小和路障結(jié)構(gòu)，以及水下機器人自身的大小、性能參數(shù)和工作類型，生成避讓策略。

所述避讓策略包括：

浮起到指定高度后前進通過、下沉到指定高度后前進通過、繞道指定位置后通過中的一項或者多項避讓動作；真實情況下的避讓動作，通常以所述浮起到指定高度后前進、下沉到指定高度后前進和繞道指定位置三種動作單元進行組合實現(xiàn)，例如：避讓動作可以表現(xiàn)為“浮起5m-朝東北前進10米-下潛3米-保持前行”。當(dāng)然，為了提高本發(fā)明實施例所提出方法的安全性和魯棒性，優(yōu)選的是在避讓策略中提供無法分析處理的時候，啟動人工介入操作水下機器人的方案；并且，可以記錄人工操作的方式，以便服務(wù)端能夠根據(jù)水下機器人在當(dāng)時環(huán)境下檢測到的環(huán)境信息學(xué)習(xí)并更新避讓策略生成機制。

各避讓動作對應(yīng)各自的閾值信息，所述閾值信息作為執(zhí)行所述避讓動作的判斷依據(jù)存儲在所述水下機器人中，或者由所述水下機器人動態(tài)生成。例如：對于某一路障對象同時具有多個可供當(dāng)前水下機器人穿越過去的孔洞時，則相應(yīng)閾值信息會以到達各孔洞的時間計算分割點，此時，超過該分割點則選擇穿過第一孔洞作為相應(yīng)避讓策略中的避讓動作，而如果未達到該分割點則選擇穿過第二孔洞作為相應(yīng)避讓策略中的避讓動作。

為了進一步提高本發(fā)明實施例所述方法的容錯能力，結(jié)合本發(fā)明實施例所述方法還提供了一種更新機制，如圖4所示，所述方法還包括以下執(zhí)行步驟：

在步驟205中，若水下機器人在執(zhí)行避讓動作時，發(fā)生避讓失敗。

這里避讓失敗通常是指水下機器人在實際運行過程中，在達到路障所在預(yù)估位置時，會優(yōu)先按照本發(fā)明實施例所提出的避讓策略來執(zhí)行，但是，執(zhí)行的過程中水下機器人自身的傳感器依然會保持工作，對于可能發(fā)生碰撞的情況也會在遵循所述避讓策略的情況下采取緊急停止、臨時調(diào)整方向避險。上述情況多發(fā)生在水下機器人遇到大型海底生物，或者水下機器人自身定位出現(xiàn)錯誤的時候。

在步驟206中，回溯水下機器人的位置信息和執(zhí)行避讓動作對應(yīng)的地理模塊，確認(rèn)閾值信息判斷是否正確。

這里閾值信息判斷主要集中在定位信息的判斷，而出現(xiàn)問題的可能通常是水下機器人自身的定位傳感器出現(xiàn)問題，或者是整個定位系統(tǒng)收到信號干擾等原因造成定位錯誤。

在步驟207中，若判斷正確則根據(jù)所述水下機器人記錄的環(huán)境信息更新對應(yīng)的地理模塊；若判斷有誤，則調(diào)整避讓策略生成機制。

所述避讓策略生成機制包括設(shè)定各避讓動作執(zhí)行后預(yù)判離路障對象的相對距離。舉例來說，若原來根據(jù)水下機器人移動速度15海里/時，以及策略生成機制中要求的離路障最近為5m，閾值信息為水下機器人相距路障距離為10m，生成的避讓動作為進行向上浮起6m。此時，若仍然發(fā)生碰撞的風(fēng)險，則需要調(diào)整策略生成機制中離路障最近從5m改成8m，相應(yīng)的水下機器人在生成避讓策略時，便會根據(jù)該策略生成機制中調(diào)整后的參數(shù)，依據(jù)水下機器人移動速度和路障信息重新計算得到閾值信息，例如調(diào)整后的閾值信息為水下機器人相距路障距離為15m，生成的避讓動作為進行向上浮起6m。上述反饋機制能夠進一步提高水下機器人在突發(fā)惡劣環(huán)境下，生成的避讓策略的魯棒性。

實施例2：

在實施例1中介紹了如何利用地理模塊進行水下機器人智能躲避路障4的方法，本發(fā)明實施例則是從如何建立服務(wù)端維護的地理模塊的方面進行闡述。在本發(fā)明實施例中所述地理模塊由一個或者多個水下機器人在目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中工作得到，如圖5所示，系統(tǒng)中包括具有主動聲吶功能的母船1、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2和水下機器人3，所述水下機器人3可以是采用專業(yè)用于采集地理信息的設(shè)備，也可以是采用如實施例1中介紹的用于執(zhí)行其它任務(wù)的設(shè)備，兩者的區(qū)別可能在于傳感器的檢測范圍和檢測精度上，但是，兩者存在的共性是均能完成自身的定位和路障內(nèi)容的獲取。但是，作為本發(fā)明實施例的水下機器人還需要其具備獲取路障相對自身第一位置信息的能力。具體闡述如下：

所述水下機器人3用于獲取路障4相對于水下機器人3的第一位置信息，并發(fā)送所述第一位置信息到母船1；所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機器人3的聲吶反射信號反饋給母船1；

所述母船1還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及路障4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到路障4的定位信息；并根據(jù)所述路障4的定位信息和路障4，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

在本發(fā)明各實施例中，所述路障對象包括巖石、海底山體、珊瑚和海溝等，若水下機器人不采取合理的避讓就會對水下機器人產(chǎn)生實質(zhì)性破壞的對象。而對于其它水下生物的避讓則可以依托水下機器人自身安裝的傳感設(shè)備進行(例如聲吶設(shè)備和攝像頭設(shè)備等)。為了進一步簡化本發(fā)明實施例中使用地理模塊給傳輸通道帶來的帶寬壓力，可以將本實施例中水下機器人采集到?jīng)]有路障的區(qū)域所對應(yīng)的地理模塊標(biāo)注為空或者以簡單的標(biāo)識符表明其對應(yīng)區(qū)域無路障，從而極大程度上簡化實施例1中服務(wù)端與水下機器人之間的地理模塊傳輸所需的帶寬。

本發(fā)明實施例所述路障內(nèi)容是較為原始的信息，它可能是路障的圖片、路障的聲吶反饋信號，也可能是路障的一小部分；相比較實施例1中描述的路障信息，則是服務(wù)端通過接收到的來自一個或者多個水下機器人反饋的路障內(nèi)容和定位信息解析得到的。例如：服務(wù)端會根據(jù)接收到的多組對應(yīng)于同一路障對象的定位信息和路障內(nèi)容，通過建模的方式還原出完成的路障對象，并分析出路障對象的路障信息(包括路障的類型、路障的結(jié)構(gòu)和路障的大小)，并將相應(yīng)信息配置給構(gòu)成搜索路障對象的多個地理模塊。

實施例3：

本發(fā)明實施例是實施例2所述方案在具體實現(xiàn)場合下的一種系統(tǒng)組合形式，在本實施例中所述浮標(biāo)2具體數(shù)量為一個，所述水下機器人3上設(shè)置有水深傳感器。如圖6所示在本實施中，所述系統(tǒng)包括具有主動聲吶功能的母船1、一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2和水下機器人3，其中，所述水深傳感器用于反饋水下機器人3到海面的垂直距離；水下機器人3將所述垂直距離反饋給母船1；

所述水下機器人3用于獲取路障4相對于水下機器人3的第一位置信息；并向母船1發(fā)送所述第一位置信息。

所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；

所述母船1和浮標(biāo)2之間建立有第二通訊鏈路，其中，浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機器人3的聲吶反射信號通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1；

所述母船1用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、水下機器人3的垂直距離、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及路障4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到路障的定位信息。

本發(fā)明實施例不僅利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，而且利用了水下機器人中配備的水深傳感器，簡化了水下機器人和浮標(biāo)的設(shè)計需求，以及浮標(biāo)數(shù)量的配置需求(僅需要一個即可)。并利用由母船、浮標(biāo)和水下機器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機器人和路障構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計算得到路障的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動聲吶源，本發(fā)明實施例能夠提高水下機器人的續(xù)航能力，并且減少水下機器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機器人的制造成本。

在本實施例中，將結(jié)合圖6所示布局圖，闡述如何根據(jù)自身的第三位置信息、水下機器人3的垂直距離、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及路障4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到路障的定位信息。

如圖6所示，假設(shè)水下機器人所在位置(圖6中以字母c標(biāo)注)投影到海平面的位置為o，則所示水下機器人3的垂直距離為oc，母船1采集到的水下機器人3的聲吶反射信號可以計算得到母船1與水下機器人3之間距離ac，而浮標(biāo)2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號可以計算得到浮標(biāo)2與水下機器人3之間的距離bc，其中，位置a和位置b是初始狀態(tài)下已經(jīng)獲取位置信息，為已知量。此時，可以通過ac和oc計算得到ao，通過bc和oc計算得到bo，在三角形三邊ab、ao和bo都已知情況下，便可以計算得到∠bao。于是便可得到根據(jù)a點定位信息得到o點定位信息，并根據(jù)垂直距離oc，得到第一定位子系統(tǒng)中水下機器人的第四位置信息。其中，第二定位子系統(tǒng)中路障相對于水下機器人的第一位置信息可以通過雙目識別原理，配合第二聲吶收發(fā)器32檢測到的路障相對于水下機器人的相對距離，利用透視算法計算得到。綜合上述水下機器人的第四位置信息和路障相對于水下機器人的第一位置信息，便可以計算得到路障的定位信息。

在本發(fā)明實施例中，預(yù)設(shè)距離優(yōu)選的根據(jù)水下機器人所要工作的水深深度、水下機器人工作的區(qū)域范圍，以及母船1和浮標(biāo)2上聲吶設(shè)備的最佳工作距離計算得到。

實施例4：

本發(fā)明實施例是實施例1所述方案在具體實現(xiàn)場合下的一種系統(tǒng)組合形式，在本實施例中所述浮標(biāo)2具體數(shù)量為兩個或者兩個以上(在本實施例中以兩個為例進行闡述)。本實施例突出的適用于水下機器人中沒有配置水深傳感器的情況，或者浮標(biāo)2數(shù)量比較充足希望能夠更準(zhǔn)確的計算得到目標(biāo)對象定位信息的場合。在本實施例中所述浮標(biāo)2具體數(shù)量為兩個或者兩個以上，以所述兩個或者兩個以上的浮標(biāo)2和母船1的聲吶設(shè)備作為參考點，其中，各參考點在水面上構(gòu)成等邊圖形。如圖7所示在本實施中，所述系統(tǒng)包括具有主動聲吶功能的母船1、兩個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2和水下機器人3，

所述水下機器人3用于獲取目標(biāo)對象4相對于水下機器人3的第一位置信息；并向所述母船1發(fā)送所述第一位置信息。

所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；

所述母船1和浮標(biāo)2之間建立有第二通訊鏈路，其中，浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機器人3的聲吶反射信號通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1；

所述母船1用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息(包括浮標(biāo)2和浮標(biāo)21)、母船1和各浮標(biāo)采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標(biāo)對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標(biāo)對象的定位信息。

本發(fā)明實施例充分利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，簡化了水下機器人和浮標(biāo)的設(shè)計需求，并利用由母船、浮標(biāo)和水下機器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動聲吶源，本發(fā)明實施例能夠提高水下機器人的續(xù)航能力，并且減少水下機器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機器人的制造成本。另一方面，還能通過多浮標(biāo)構(gòu)成的檢測系統(tǒng)，進一步提高最終計算得到的目標(biāo)對象的定位信息。

在本實施例中，將結(jié)合圖7所示結(jié)構(gòu)示意圖，闡述如何根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息(包括浮標(biāo)2和浮標(biāo)21)、母船1和各浮標(biāo)采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標(biāo)對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標(biāo)對象的定位信息。

如圖7所示，根據(jù)母船的第三位置信息和浮標(biāo)的第二位置信息(包括圖中浮標(biāo)2和浮標(biāo)21)計算得到三角形abd各邊的長度，根據(jù)母船1和各浮標(biāo)采集到的水下機器人3的聲吶反射信號分別計算得到ab、bc和dc的長度，此時，便可以構(gòu)建錐形c-abd模型，并根據(jù)錐形模型計算得到水下機器人3相對于母船1所在位置a的位置偏移量，從而得到所述第四位置信息。其中，第二定位子系統(tǒng)中目標(biāo)對象相對于水下機器人的第一位置信息可以通過雙目識別原理，配合第二聲吶收發(fā)器32檢測到的目標(biāo)對象相對于水下機器人的相對距離，利用透視算法計算得到。綜合上述水下機器人的第四位置信息和目標(biāo)對象相對于水下機器人的第一位置信息，便可以計算得到目標(biāo)對象的定位信息。

在本發(fā)明實施例中，預(yù)設(shè)距離優(yōu)選的根據(jù)水下機器人所要工作的水深深度、水下機器人工作的區(qū)域范圍，以及母船1和浮標(biāo)2上聲吶設(shè)備的最佳工作距離計算得到。

實施例5：

通過實施例2的闡述，引出了一種實例情況，即當(dāng)前工作的水下機器人只能獲取其工作水域的部分地理模型。因此本發(fā)明實施例可以是在實施例1所述方法執(zhí)行之前完成的(即可以充分滿足實施例1中水下機器人在各種位置信息下的地理模塊需求)，此方式為優(yōu)選的；另一方面也可以是僅完成了部分地理模塊的采集(即在實施例1中部分位置信息所對應(yīng)的地理模塊可能并沒有采集到)該情況的發(fā)生或許是因為服務(wù)端還沒來得及將整個水域的地理模型維護起來。在本發(fā)明實施例中，具體闡述如下：

對于水下機器人設(shè)置有兩種避讓模式，其模式一為針對服務(wù)端具有地理模型塊的海域則按照實施例1所述方法生成相應(yīng)避讓策略后執(zhí)行；其模式二為自身傳感器來檢測環(huán)境并進行分析后避讓的模式；針對服務(wù)端還未更新地理模型塊的海域，則水下機器人會切換到自身傳感器來檢測環(huán)境并進行分析后避讓的模式。其中，模式二相比較本發(fā)明實施例所提出的方式一，無論在分析效率和執(zhí)行效率(本發(fā)明實施例1的方案可以實現(xiàn)預(yù)判斷，和提前采取避讓行動)上都會有較大的差距，但是，可以彌補如本實施例所述的地理模塊缺少的情況。在具體實現(xiàn)過程中，水下機器人會同時具備上述兩種避讓模式，并且，模式二的優(yōu)先級還會高于模式一，但是，在模式二的避讓動作沒有觸發(fā)的情況下，則是按照模式一的避讓策略執(zhí)行。

實施例6：

本發(fā)明實施例還提供了一種水下路障躲避系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括水下機器人和服務(wù)端，其中，在具體應(yīng)用場合中所述服務(wù)端可以是母船1，也可以是陸地上設(shè)置的管理中心，還可以互聯(lián)網(wǎng)遠端的服務(wù)器等，在所述系統(tǒng)中：

所述服務(wù)端用于存儲地理模塊，并在接收攜帶水下機器人位置信息的地理模塊請求時，反饋對應(yīng)的一個或者多個地理模塊；其中，所述地理模塊為預(yù)設(shè)形狀的單元，地理模塊內(nèi)部包含現(xiàn)實環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的路障信息；

所述水下機器人，用于根據(jù)獲取到的一個或者多個地理模塊，生成避讓策略；其中，所述避讓策略包括一個或者多個閾值信息，以及對應(yīng)各閾值信息的避讓動作；水下機器人還用于根據(jù)其行徑方向和實時的位置信息，判斷當(dāng)前所滿足的閾值信息，并采取對應(yīng)該閾值信息的避讓動作。

本發(fā)明實施例提出了一種基于地理模塊的路障預(yù)判斷，并根據(jù)判斷執(zhí)行避讓動作的方法。該方法可以充分利用歷史上水下機器人工作過程中的采集數(shù)據(jù)，并按照水下機器人的傳感檢測特性將工作海域分成諸多地理模塊，從而能夠在確定當(dāng)前任務(wù)所對應(yīng)的工作區(qū)域，給相應(yīng)水下機器人發(fā)送相應(yīng)的地理模塊，有效的減少了水下機器人對數(shù)據(jù)的分析處理總量，并能提高水下機器人的響應(yīng)速率和工作的安全性。

結(jié)合本發(fā)明實施例，對應(yīng)于實施例1中所述第二種實現(xiàn)方式，當(dāng)水下機器人的行徑路線已經(jīng)確認(rèn)，則所述系統(tǒng)還包括：

服務(wù)端在確認(rèn)水下機器人的行徑路線后，從數(shù)據(jù)庫中查找得到所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊，并發(fā)送給水下機器人；

所述水下機器人還用于接收所述行徑路線所覆蓋的一個或者多個地理模塊。

在所述服務(wù)端具體為陸地上設(shè)置的管理中心或者互聯(lián)網(wǎng)遠端的服務(wù)器時，還可以利用本實施例所提出的系統(tǒng)進行海域中地理信息的采集，具體的所述系統(tǒng)還包括具有主動聲吶功能的母船1、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2，其中，水下機器人采用本實施例系統(tǒng)中已經(jīng)擁有的。

所述水下機器人還用于獲取路障相對于水下機器人的第一位置信息和路障內(nèi)容，并發(fā)送所述第一位置信息到母船1；所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機器人的聲吶反射信號反饋給母船1；

所述母船1或服務(wù)端還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機器人的聲吶反射信號，以及路障相對于水下機器人的第一位置信息，計算得到路障的定位信息；并根據(jù)所述路障的定位信息和路障內(nèi)容，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

其中，根據(jù)所述路障的定位信息和路障內(nèi)容，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊的執(zhí)行，可以在母船上實現(xiàn)完成后，并將地理模塊發(fā)送到服務(wù)端進行整理。除此以外，所述根據(jù)所述路障的定位信息和路障內(nèi)容，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊也可以由服務(wù)端進行實現(xiàn)，而作為母船來說則需要將路障的定位信息和路障內(nèi)容發(fā)送給服務(wù)端。上述實現(xiàn)方式通常根據(jù)各節(jié)點的數(shù)據(jù)處理能力來進行靈活安排，因此，相應(yīng)的將本發(fā)明實施例中不同執(zhí)行動作做適應(yīng)性調(diào)整后所得到的方案，均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

結(jié)合本發(fā)明實施例，還存在一種可選的實現(xiàn)方案，所述服務(wù)端還用于統(tǒng)計水下機器人避讓策略執(zhí)行成功率，若水下機器人在執(zhí)行避讓動作時，發(fā)生避讓失敗；

服務(wù)器還用于回溯水下機器人的位置信息和執(zhí)行避讓動作對應(yīng)的地理模塊，確認(rèn)閾值信息判斷是否正確；

若判斷正確則根據(jù)所述水下機器人記錄的環(huán)境信息更新對應(yīng)的地理模塊；若判斷有誤，則調(diào)整水下機器人的避讓策略生成機制。

其中，具體避讓失敗的情況和生成機制的解釋可以參考實施例1中描述內(nèi)容，在此不一一贅述。

值得說明的是，上述系統(tǒng)內(nèi)的模塊、單元之間的信息交互、執(zhí)行過程等內(nèi)容，由于與本發(fā)明的處理方法實施例基于同一構(gòu)思，具體內(nèi)容可參見本發(fā)明方法實施例中的敘述，此處不再贅述。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：只讀存儲器(rom，readonlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。