產品簡介PRODUCT DESCRIPTION
水下移動機器人教學科研平臺
聯系電話：13720126958 / 13387619634產品特色
PRODUCT FEATURES
EDUROV可用于高校工程訓練、機器人創新實驗室、控制算法實現、視覺算法實現等多種教育研發領域，備有適合不同領域和層次用戶使用的課程教案和實驗指導書。面向應用，強調高校教育和研究。
EDUROV的傳感器模塊、控制計算機、電源、推進器、執行器等均有適應不同應用領域的配置可互換。無論是著重于視覺方面的圖像算法研究，還是聚焦于運動的控制算法研究，總會有滿足需求的執行器、傳感器配置。
EDUROV配備有完整的基于ROS平臺的軟件包。集成了包括機器人行為規劃、導航、視覺、自主策略的完全開放軟件平臺。同時，基于開放性，擴展性的原則，用戶可以親自對軟件包進行調試與開發，我們將提供完整的開發手冊。
為了方便上手和教學需要，EDUROV還提供一整套仿真軟件。在實際接觸實物機器人前，對整體實驗、機器人結構進行熟悉，以提高實驗成功率和效果。仿真平臺可提供的實驗包括模型搭建、機器人本體自穩控制、路徑規劃等。
硬件組成
HARDWARE COMPOSITION
本項目所研制的教學版水下機器人分為水面系統和水下系統兩部分。水面系統負責圖像顯示，人機交互界面顯示，與水下系統、遙控器的通信。水下系統負責機器人運動控制，機械手操作控制，環境與運行狀態數據采集，攝像頭與聲納圖像采集，與上位機通信。
圖2 教學版水下機器人總體結構圖
系統結構圖如下所示：
圖2 教學版水下機器人系統結構圖
- 載體結構
水下系統采用框架式機械結構，推進器和浮力材固定在框架上，電子設備和攝像頭封裝在一個電子艙內，機械手和水聲通信機固定在框架和浮力材上，通過水密接插件與水下電子艙相連。
- 通信系統
水下機器人水面與水下通信包括：水聲通信和臍帶通信。
（1）水聲通信機要求： 通信接口：串口； 供電電壓：16V。 （2）臍帶通信可提供系統水面與水下的有線網絡連接。
- 航行控制系統
航行控制計算機完成水下機器人的運動控制與應急，運動控制分為兩種模式，一種為水面遙控模式，此時水下機器人可通過水下控制計算機和遙控手柄操控水下載體上的推進器和其他設備。另一種是自主模式，在自主模式下，水下機器人可完成定向航行和定深航行。自主航行參數包括航向角設定值，航行深度設定值、航行時間等。
- 能源系統
水下機器人采用鋰電池供電，容量為：240wh，平臺電壓：12V。
- 水面控制
水面控制臺包括水面控制計算機、水面網絡通信設備，水面供電設備等。具體參考界面如下：
軟件特點
SOFTWARE FEATURES
（1）基于ROS平臺開發的軟件
ROS(Robot Operating System）是一個機器人軟件平臺，它能為異質計算機集群提供類似操作系統的功能。它提供一些標準操作系統服務，例如硬件抽象，底層設備控制，常用功能實現，進程間消息以及數據包管理。
ROS控制框架如圖二所示。
圖二 ROS控制框架
以這種框架設計的軟件有其下特點：
1）所有包通過上位機進行調用實現人機交互，ROS下可以直接創建Qt界面包。
2）串口數據模塊根據固定的格式和串口通信達到和ROV交互信息的功能。
3）由解析接收的串口數據可以得到ROV的當前姿態信息、加速度信息等，由解析發出的信息可對ROV發送控制信號。
4）實現子功能只需編寫對應的APP包實現，達到解耦合的效果，每個程序間相對獨立
5）組合調用子功能可以實現相應的高級功能，可以將高級功能命令編寫成腳本
其功能模塊包括：
1. 運動控制功能模塊
2. 傳感器感知功能模塊
3. 仿真功能模塊
包括的子模塊詳細框圖見圖四。
圖四EDUROV功能模塊
（2）水下圖像處理算法
水下機器人主要的環境感知手段是圖像，但是由于水體會對水下圖像產生嚴重的弱化現象，且一些水下物體存在著可變形的特點，從而嚴重影響水下機器人檢測識別能力。 因此本產品提供基于EDUROV視覺成像系統的水下圖像處理算法實現平臺。EDUROV將攝像頭采集到的圖像數據傳到上位機，上位機運行水下圖像處理算法對采集到的圖像進行圖像增強、目標定位等功能實現。 本產品提供軟件接口給用戶直接對圖像進行處理。用戶可以根據自己需要進行開發和修改。
（3）全套仿真軟件
EDUROV-simulator是與EDUROV配套的，專門用于ROV的一套開發和仿真系統。它包含一個計算機軟件包，使用不同工作模式對ROV進行仿真。通過Gazebo軟件可以非常直觀的看到自己親手設計的ROV與周邊環境交互。同時，通過Rviz軟件可以非常細節的看到ROV運動姿態、仿真參數，便于用戶接下來的分析和改進。ROV在水底仿真示意圖如圖五。
圖五仿真軟件中ROV在海底展示
Rviz細節觀察參數界面如圖六所示。
圖六Rviz中界面與軌跡規劃展示
界面介紹如下：
1）ROV狀態監控欄
這部分展示了ROV所處的運行狀態。包括俯仰角，參考點距離，參考點等信息。
2）Rviz仿真狀態欄
展示仿真運行時的節點、模型、tf等。
3）ROV攝像頭成像仿真
仿真中模擬的攝像頭成像。圖像為之前建的seabed河床圖。
4）ROV仿真主畫面
展示ROV與海底背景的主畫面。紫色為預先設定的軌跡。只要載入預編的.yaml文件，向節點輸入目標點、速度即可使ROV沿著設定路徑前進。為后面做路徑規劃做基礎。
5）仿真時間信息
仿真軟件包括的功能有：
搭建屬于自己的水下ROV模型
通過點云等源文件構建海底模型
ROV水下姿態控制
ROV水下路徑規劃
干擾下的ROV控制
4）機器學習框架
為了滿足日益增長的機器學習需要，本產品在上位機提供機器學習框架。
研究項目
RESEARCH PROJECT