一種萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人推進(jìn)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水下機(jī)器人控制領(lǐng)域，具體地說是一種萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人推進(jìn)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自主遙控水下機(jī)器人既具有AUV大面積水下探測(cè)和搜索的功能，又可以通過微細(xì)光纜像ROV—樣進(jìn)行實(shí)時(shí)操作控制。自主遙控水下機(jī)器人的出現(xiàn)可以使?jié)撍飨蛑鴿撋罡?，航行更遠(yuǎn)和更具智能化的方向發(fā)展。
[0003]現(xiàn)有的水下機(jī)器人推進(jìn)控制系統(tǒng)不能應(yīng)用于萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人，主要有兩方面原因，一是耐壓?jiǎn)栴}，系統(tǒng)不能承受萬(wàn)米水深的壓力；二是現(xiàn)有推進(jìn)系統(tǒng)要么采用推進(jìn)器加翼板的方式，要么采用多個(gè)推進(jìn)器控制方式，而萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人自帶能源，需要簡(jiǎn)單可靠又節(jié)能的推進(jìn)控制系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)不足以滿足這些要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了解決上述存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人推進(jìn)控制系統(tǒng)，可以應(yīng)用于萬(wàn)米強(qiáng)壓環(huán)境下，該系統(tǒng)具有良好的可移植性。
[0005]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人推進(jìn)控制系統(tǒng)，包括推進(jìn)系統(tǒng)控制板以及與其連接的推進(jìn)設(shè)備和拋載設(shè)備；
[0006]所述推進(jìn)設(shè)備包括兩個(gè)主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板以及與其連接的主推電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板以及與其連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；
[0007]拋載設(shè)備包括兩個(gè)拋載電機(jī)；
[0008]所述推進(jìn)系統(tǒng)控制板與旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)連接，還與兩個(gè)主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、兩個(gè)拋載電機(jī)連接，并通過串口與主控計(jì)算機(jī)連接。
[0009]所述推進(jìn)系統(tǒng)控制板包括單片機(jī)以及與其連接的串口通信電路、CAN通信電路、AD采樣電路和繼電器控制電路；
[0010]所述串口通信電路與旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、主控計(jì)算機(jī)連接；
[0011 ] 所述CAN通信電路與兩個(gè)主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板連接；
[0012]所述AD采樣電路與旋轉(zhuǎn)電位計(jì)、電流傳感器和電壓傳感器連接；
[0013]所述繼電器控制電路與電壓傳感器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、兩個(gè)主推電機(jī)和兩個(gè)拋載電機(jī)連接。
[0014]所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置于水下機(jī)器人的中心，其旋轉(zhuǎn)軸兩端各連接一個(gè)主推電機(jī)。
[0015]所述推進(jìn)系統(tǒng)控制板、旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板及主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板浸泡于油中，各板上的晶振使用環(huán)氧封裝的晶振，電解電容采用鉭電容代替。
[0016]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.本實(shí)用新型控制板中的晶振和電容等元器件經(jīng)過耐壓處理，能夠滿足推進(jìn)控制系統(tǒng)萬(wàn)米耐壓要求。
[0018]2.本實(shí)用新型采用I個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)加2個(gè)主推電機(jī)，使用較少的推進(jìn)器即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，方法簡(jiǎn)單，降低了功耗，可以節(jié)省電能。
[0019]3.本實(shí)用新型使用CAN總線控制兩個(gè)主推電機(jī)，加上電機(jī)電源線共4根電線，減少了推進(jìn)系統(tǒng)與電機(jī)的連線，使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單可靠。
[0020]4.本實(shí)用新型使用集成有AD轉(zhuǎn)換器及CAN控制器的單片機(jī)芯片AT90CAN128，減少電路板的空間占用和電量消耗，簡(jiǎn)化控制程序，有較高性價(jià)比。
[0021]5.本實(shí)用新型采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，只要機(jī)器人系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器支持CAN總線或者支持串口控制，均可使用此推進(jìn)控制系統(tǒng)。
[0022]6.本實(shí)用新型設(shè)有電源的電壓傳感器、電流傳感器，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的安全性與可靠性。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型的推進(jìn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2為推進(jìn)控制系統(tǒng)接口線路連接示意圖；
[0025]圖3為推進(jìn)控制系統(tǒng)控制電路板組成示意圖；
[0026]圖4(a)?4(e)為推進(jìn)控制系統(tǒng)推進(jìn)方式示意圖；
[0027]其中，4(a)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的俯視圖；4(b)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的俯視圖；4(c)后退運(yùn)動(dòng)時(shí)的俯視圖；4(d)上浮運(yùn)動(dòng)時(shí)的側(cè)視圖；4(e)下潛運(yùn)動(dòng)時(shí)的側(cè)視圖；
[0028]1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)，2、左主推電機(jī)，3、右主推電機(jī)，4、載體，5、旋轉(zhuǎn)軸；
[0029]圖5(a)?5(b)為推進(jìn)控制系統(tǒng)控制電路板的電流、電壓傳感器電路圖；
[0030]5(a)為電流傳感器電路圖；5(b)為電壓傳感器電路圖；
[0031]圖6 (a)?6 (b)為推進(jìn)控制系統(tǒng)控制電路板單片機(jī)及JTAG電路圖；
[0032]6 (a)為單片機(jī)電路圖；6 (b)為JTAG電路圖；
[0033]圖7 (a)?7 (b)為推進(jìn)控制系統(tǒng)控制電路板串口通信電路圖；
[0034]7(a)為串口通信電路圖一 ；7(b)為串口通信電路圖二 ；
[0035]圖8 (a)?8 (b)為推進(jìn)控制系統(tǒng)控制電路板CAN通信電路圖；
[0036]8(a)為CAN通信電路圖一 ；8(b)為CAN通信電路圖二 ；
[0037]圖9 (a)?9 (C)為推進(jìn)控制系統(tǒng)控制電路板繼電器控制電路；
[0038]9(a)為繼電器控制電路圖一 ；9(b)為繼電器控制電路圖二 ；9(c)為繼電器控制電路圖二 ;
[0039]圖10為本實(shí)用新型的推進(jìn)系統(tǒng)4通道AD采樣流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0041]本實(shí)用新型涉及一種萬(wàn)米自主遙控水下機(jī)器人推進(jìn)控制系統(tǒng)，包括:推進(jìn)系統(tǒng)控制板，推進(jìn)設(shè)備和拋載設(shè)備；推進(jìn)控制系統(tǒng)通過串口接收主控計(jì)算機(jī)的命令，經(jīng)過提取得到推進(jìn)設(shè)備、繼電器等的控制量；其中推進(jìn)設(shè)備包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、2個(gè)主推電機(jī)和I個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，推進(jìn)控制系統(tǒng)通過CAN總線控制兩個(gè)主推電機(jī)并返回電機(jī)狀態(tài)信息，通過帶有隔離的串口控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置于水下機(jī)器人中心，其旋轉(zhuǎn)軸兩端分別接主推電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn)，主推電機(jī)可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)際角度通過旋轉(zhuǎn)電位計(jì)AD轉(zhuǎn)換后反饋給主控計(jì)算機(jī)；本實(shí)用新型設(shè)有兩個(gè)拋載電機(jī)，在使命完成或者發(fā)生故障時(shí)保障水下機(jī)器人載體安全上??；推進(jìn)控制系統(tǒng)板通過繼電器組控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)、主推電機(jī)及拋載電機(jī)的上電狀態(tài)；同時(shí)推進(jìn)控制系統(tǒng)板設(shè)有外圍I/O驅(qū)動(dòng)板狀態(tài)檢測(cè)，可以讀取外部設(shè)備及傳感器的上電狀態(tài)；
[0042]推進(jìn)系統(tǒng)控制板:與推進(jìn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板連接，通過固態(tài)繼電器和兩個(gè)主推電機(jī)連接，控制推進(jìn)電機(jī)電源；與拋載設(shè)備的兩個(gè)拋載電機(jī)連接；通過串口和主控計(jì)算機(jī)通信，接收主控計(jì)算機(jī)發(fā)出的主推電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制命令，并將推進(jìn)系統(tǒng)控制板采集的反饋信號(hào)發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)；
[0043]推進(jìn)設(shè)備:包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、I個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和2個(gè)主推電機(jī)；
[0044]拋載設(shè)備:包括2個(gè)拋載電機(jī)，用于使命完成或發(fā)生故障時(shí)水下機(jī)器人載體上浮。
[0045]所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置于水下機(jī)器人中心，其旋轉(zhuǎn)軸兩端各連接一個(gè)主推電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)主推電機(jī)旋轉(zhuǎn)，主推電機(jī)可正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)、后退、下潛和上浮運(yùn)動(dòng)。
[0046]所述推進(jìn)系統(tǒng)控制板包括:
[0047]帶有CAN接口的單片機(jī):分別與串口通信電路、CAN通信電路、AD采樣電路、繼電器控制電路和I/o驅(qū)動(dòng)板相連接；通過串口接收主控計(jì)算機(jī)的控制命令并將采集的電源總電壓、電源總電流及旋轉(zhuǎn)電位計(jì)電壓反饋至主控計(jì)算機(jī)，通過CAN總線接收兩個(gè)主推電機(jī)反饋的電機(jī)狀態(tài)信息；
[0048]AD采樣電路:用來獲取電源總電壓和總電流，以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。
[0049]繼電器控制電路:用來控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)、主推電機(jī)以及電壓傳感器電源。
[0050]串口通信電路:共包含兩路串口，分別為UARTO和UARTl ；UARTO用來和主控計(jì)算機(jī)通信，UARTl用來和旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通信。
[0051]CAN通信電路:實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和主推電機(jī)通信，單片機(jī)通過CAN總線給2個(gè)主推電機(jī)發(fā)送控制命令，2個(gè)電機(jī)的狀態(tài)信息通過CAN總線反饋至單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)主推電機(jī)故障檢測(cè)。
[0052]I/O驅(qū)動(dòng)板:用來檢測(cè)外接的電子羅盤傳感器等的工作狀態(tài)。
[0053]本系統(tǒng)通過串口和主控計(jì)算機(jī)通信，接收發(fā)送而來的控制信息，由于控制方法在主控計(jì)算機(jī)上完成，所以推進(jìn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量與計(jì)算量不大。單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，得到兩個(gè)主推電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制量及繼電器組控制量，通過CAN總線把控制量傳輸至主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，通過帶隔離的串口把控制量傳輸至旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，通過單片機(jī)I/O 口控制繼電器。同時(shí)通過單片機(jī)內(nèi)部ADC采集電源電壓、電流及旋轉(zhuǎn)電位計(jì)電壓值，最后通過串口傳輸至主控計(jì)算機(jī)。
[0054]如圖1所示，本實(shí)用新型由三個(gè)部分組成:推進(jìn)系統(tǒng)控制板，推進(jìn)設(shè)備和拋載設(shè)備，推進(jìn)系統(tǒng)控制板、旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制板和主推電機(jī)控制板都浸泡于油中，其上的晶振使用經(jīng)過萬(wàn)米耐壓測(cè)試的環(huán)氧封裝晶振，其上的電解電容使用經(jīng)過萬(wàn)米耐壓測(cè)試的鉭電容，其中萬(wàn)米耐壓測(cè)試指在壓力罐中打壓超過120Mpa。推進(jìn)電機(jī)和主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是防水無(wú)刷電機(jī)與配套驅(qū)動(dòng)器，旋轉(zhuǎn)電機(jī)使用的是MAX電機(jī)。本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是推進(jìn)系統(tǒng)控制板，結(jié)合圖2接口連接示意圖，對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)控制板的部分接口進(jìn)行說明:J1中，IN0-1N7連接外部I/O驅(qū)動(dòng)板，用于檢測(cè)外接傳感器及設(shè)備上電狀態(tài)；J2中RXDO、TXDO, GND和外部主控計(jì)算機(jī)的串口相連J3中+24V/BAT與GND/BAT連接外部電池組J4中+24V/AP和GND/AP是從推進(jìn)控制系統(tǒng)板輸出到電源轉(zhuǎn)換板的電源，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換得到+5V和GND/C再輸入到推進(jìn)控制系統(tǒng)板J5連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)J6中的TXDl和RXDl和旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板串口連接，GND/1SO是獨(dú)立的電源信號(hào)地，+24V/XZ和GND/BAT是旋轉(zhuǎn)電機(jī)電源；旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及主推電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的處理器晶振及大電容使用經(jīng)過萬(wàn)米耐壓測(cè)試的硅晶振及鉭電容代替，可以應(yīng)用在萬(wàn)米強(qiáng)壓環(huán)境下。J7中的CANH、CANL表