CN113156982B - 一种水下机器人控制***及其控制方法 - Google Patents
一种水下机器人控制***及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113156982B CN113156982B CN202110424364.2A CN202110424364A CN113156982B CN 113156982 B CN113156982 B CN 113156982B CN 202110424364 A CN202110424364 A CN 202110424364A CN 113156982 B CN113156982 B CN 113156982B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- underwater robot
- execution
- underwater
- running
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 100
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 32
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 235000011034 Rubus glaucus Nutrition 0.000 claims description 12
- 235000009122 Rubus idaeus Nutrition 0.000 claims description 12
- 240000007651 Rubus glaucus Species 0.000 claims description 11
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 101100498818 Arabidopsis thaliana DDR4 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 244000235659 Rubus idaeus Species 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/04—Control of altitude or depth
- G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
- G05D1/0692—Rate of change of altitude or depth specially adapted for under-water vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明实施例涉及一种水下机器人控制***及其控制方法，包括岸基监控模块、机载通信模块、水下信息获取模块、通信接口转换模块、信息交互模块、主控制模块和执行模块。该水下机器人控制***采用在水下信息获取模块与主控制模块之间增加通信接口转换模块和信息交互模块，实现将不同的串行接口转换为统一网口接口，经过通信接口的统一，使得水下机器人舱内主控制模块只需一根网线即可完成对水下信息获取模块数据信息的采集，使水下机器人舱内的布置空间得到了极大的优化，对于后续的维护和升级也提供了极大的便利，且降低了制作成本，解决了现有水下机器人的控制***存在线路布置复杂、且通信接口不统一，成本高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人控制技术领域，尤其涉及一种水下机器人控制***及其控制方法。
背景技术
我国海域辽阔，海洋中蕴藏着丰富的各类资源，传统的人工勘探作业存在着周期长、工作强度大、危险系数高等缺陷。随着自动控制技术以及传感器技术的发展，水下机器人的智能化水平得到极大的提升，其在海洋探测方面的应用也得到了极大的关注。
水下机器人在执行探测任务时，一种安全可靠的控制***是必不可少的。目前水下机器人的控制***一般采用PC104等作为控制***的主控板，虽然PC104主控板具有丰富的接口，接口可以满足水下机器人控制舱内各个电子设备之间的连接，从而实现控制***对水下机器人运动的精确控制。但是PC104主控板较大的体积不利于水下机器人控制舱内空间的合理布置，并且其高昂的价格增加了整个水下机器人的建造成本；同时，现有的水下机器人控制舱内主控板与各类传感器之间的通信接口不统一，导致舱内的线路布置较为复杂，不利于模块化制造。因此现有水下机器人的控制***存在线路布置繁琐、应用狭窄、成本高的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种水下机器人控制***及其控制方法，用于解决现有水下机器人的控制***存在线路布置复杂、且通信接口不统一，成本高的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种水下机器人控制***，包括岸基监控模块、机载通信模块、水下信息获取模块、通信接口转换模块、信息交互模块、主控制模块和执行模块；
所述岸基监控模块，用于对水下机器人的运行状态进行实时监控；
所述机载通信模块，用于与所述岸基监控模块进行信息交互；
所述水下信息获取模块，用于获取水下机器人的数据信息并传送至所述通信接口转换模块；
所述通信接口转换模块，用于与所述机载通信模块和所述水下信息获取模块连接并将串行接口转换为统一的网口接口；
所述信息交互模块，用于给与所述通信接口转换模块连接的检测元件匹配唯一的IP地址；
所述主控制模块，用于接收所述通信接口转换模块和所述信息交互模块传送的数据信息并根据数据信息生成控制指令传送至所述执行模块；
所述执行模块，用于根据所述控制指令生成对应的PWM信号控制执行元件的运行。
优选地，所述通信接口转换模块包括数个USR-K7模块，每个所述USR-K7模块的第一端与所述水下信息获取模块或所述机载通信模块连接，每个所述USR-K7模块的第二端与所述信息交互模块连接。
优选地，所述信息交互模块包括无线通讯子模块和与所述无线通讯子模块连接的交换子模块；所述无线通讯子模块用于根据所述通信接口转换模块的设备IP请求从IP地址池中选取一个未分配的IP地址，并将选取的IP地址传送至所述交换子模块；所述交换子模块将选取的IP地址分配至与设备IP请求对应的检测元件。
优选地，所述岸基监控模块包括监控终端以及与所述监控终端连接的第一通信声呐和第一RF子模块；对应于所述第一通信声呐和所述第一RF子模块，所述机载通信模块包括与所述第一通信声呐连接的第二通信声呐和与所述第一RF子模块连接的第二RF子模块，所述第二通信声呐和所述第二RF子模块分别与所述通信接口转换模块连接。
优选地，所述水下信息获取模块的检测元件包括与所述通信接口转换模块连接的GPS接收机、惯导、深度计、测距声呐和多普勒计程仪；所述GPS接收机用于在水域的水平面上检测水下机器人的位置；所述惯导用于检测在导航坐标系中水下机器人运行的位置和速度；所述深度计用于检测水下机器人的深度；所述测距声呐用于获取水下机器人距离前进方向障碍物的距离；所述多普勒计程仪用于检测水下机器人相对于水域的速度以及水下机器人行驶的航程。
优选地，所述主控制模块包括4代树莓派的处理器。
优选地，所述执行模块包括从控制子模块以及与所述从控制子模块连接的数个第一执行元件、第二执行元件和第三执行元件，所述从控制子模块与所述主控制模块通过串行接口连接。
优选地，所述第一执行元件为继电器，所述第二执行元件为舵机，所述第三执行元件为电机。
本发明还提供一种水下机器人控制***的控制方法，基于上述所述的水下机器人控制***的控制方法包括以下步骤：
S1.岸基监控模块向水下机器人下发任务以及执行参数；
S2.主控制模块接收所述任务，定时器启动，等待一定时间所述主控制模块执行所述任务；
在所述主控制模块执行所述任务过程中的步骤包括：
S21.所述主控制模块获取水下机器人采用惯导检测的运行艏向角、采用深度计检测的深度以及采用惯导和多普勒计程仪检测的数据经过数据融合得到前向速度；
S22.若所述前向速度不需要进行控制，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块根据所述主控制模块中与所述运行艏向角对应的控制指令控制第三执行元件的运行；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块也根据所述主控制模块中与所述深度对应的控制指令控制第二执行元件的运行，所述主控制模块获取运行后水下机器人的运行位姿；
S23.若所述前向速度需要进行控制且所述前向速度小于所述执行参数的最大运行速度，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块根据所述主控制模块中与所述前向速度对应的控制指令控制第三执行元件的运行；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块也根据所述主控制模块中与所述深度对应的控制指令控制第二执行元件的运行，所述主控制模块获取运行后水下机器人的运行位姿；
S24.若水下机器人的运行位姿达到所述执行参数的期望位姿，完成所述任务的执行；若水下机器人的运行位姿没有达到所述执行参数的期望位姿，再次执行步骤S2；
其中，所述执行参数包括水下机器人的最大运行速度、期望位姿，所述期望位姿包括水下机器人的位置和艏向角。
优选地，在步骤S24中，水下机器人的运行位姿达到所述执行参数的期望位姿包括：当前水下机器人的运行位姿的位置和艏向角与期望位姿的位置和艏向角之间的误差值设置在规定的误差范围内；其中，水下机器人的运行位姿的艏向角是采用惯导检测得到，水下机器人的运行位姿的位置根据所述前向速度积分计算获得。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该水下机器人控制***及其控制方法采用在水下信息获取模块与主控制模块之间增加通信接口转换模块和信息交互模块，实现将不同的串行接口转换为统一网口接口，经过通信接口的统一，使得水下机器人舱内主控制模块只需一根网线即可完成对水下信息获取模块数据信息的采集，使水下机器人舱内的布置空间得到了极大的优化，对于后续的维护和升级也提供了极大的便利，且降低了制作成本，解决了现有水下机器人的控制***存在线路布置复杂、且通信接口不统一，成本高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的水下机器人控制***的框架图。
图2为本发明实施例所述的水下机器人控制***的又一框架图。
图3为本发明实施例所述的水下机器人控制***执行模块的框架图。
图4为本发明实施例所述水下机器人控制***的控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种水下机器人控制***及其控制方法，通过采用低成本且体积小巧的4代树莓派的处理器作为主控板，替换传统使用的PC104主控板，降低水下机器人的控制***成本，并节约水下机器人控制舱内的安装空间；其次，还采用通信接口转换模块，将不同通信接口进行转换统一的网络接口，简化了水下机器人控制舱内线路的布置，提高了水下机器人控制***的集成度，用于解决了现有水下机器人的控制***存在线路布置复杂、且通信接口不统一，成本高的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的水下机器人控制***的框架图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种水下机器人控制***，包括岸基监控模块10、机载通信模块20、水下信息获取模块30、通信接口转换模块40、信息交互模块50、主控制模块60和执行模块70；
岸基监控模块10，用于对水下机器人的运行状态进行实时监控；
机载通信模块20，用于与岸基监控模块10进行信息交互；
水下信息获取模块30，用于获取水下机器人的数据信息并传送至通信接口转换模块40；
通信接口转换模块40，用于与机载通信模块20和水下信息获取模块30连接并将串行接口转换为统一的网口接口；
信息交互模块50，用于给与通信接口转换模块40连接的检测元件匹配唯一的IP地址；
主控制模块60，用于接收通信接口转换模块40和信息交互模块50传送的数据信息并根据数据信息生成控制指令传送至执行模块70；
执行模块70，用于根据控制指令生成对应的PWM信号控制执行元件的运行。
需要说明的是，该水下机器人控制***能够降低水下机器人的整体建造成本，同时使得水下机器人控制舱内的线路布置高度集成化。
在本发明实施例中，主控制模块60主要用于根据水下信息获取模块30获取的数据信息生成控制指令传送至执行模块70中。
需要说明的是，主控制模块60主要是采用4代树莓派的处理器为主控制模块，采用4代树莓派的处理器为主控制模块的体积小巧且价格低廉，主控制模块60用于接收经由通信接口转换模块40和信息交互模块50传送的水下信息获取模块30的数据信息，生成相应的控制指令给执行模块70，从而实现水下机器人指定的运动。在本实施例中，数据信息包括获取水下机器人的在水中的深度、运行数据、运行艏向角以及所处的位置等。该水下机器人控制***通过使用低成本的树莓派作为主控制模块构建水下机器人的控制***，优化水下机器人控制舱的空间布置，降低水下机器人的制作成本。
与现有水下机器人采用PC104控制板相比，本发明的水下机器人控制***采用4代树莓派的处理器作为主控制模块，具体对比信息如下表1所示。
表1为4代树莓派的主控制模块与PC104控制板数据信息比对表
| 名称 | PC104嵌入式核心模块 | Raspberry pi 4 |
| CPU主频 | 1.46G～1.91GHz | 1.5GHz |
| 内存 | 4G DDR3L | 2/4/8G DDR4 |
| 蓝牙 | 无 | 蓝牙5.0 |
| 图像输出 | 1个VGA | 双micro HDMI端口 |
| 有线网络 | 2个10/100/1000BaseT以太网口 | 千兆以太网 |
| 无线网络 | 无 | 802.11ac(2.4/5GHz) |
| USB端口 | 4个USB2.0 | 2个USB2.0/2个USB3.0 |
| GPIO | 8路 | 40路 |
| 外形尺寸 | 115.6mm*98mm | 85mm*56mm |
| 成本 | 2000RMB | 200RMB |
由上表可知，在空间极为紧凑的水下机器人控制舱内，外形尺寸更加小巧的4代树莓派的处理器可以节省更多的空间；在性能方面，4代树莓派的处理器最高支持8G DDR4的板载RAM，更够提供更大的计算内存；同时其拥有两个USB3.0的端口有利于数据的高速传输。在成本方面，4代树莓派的处理器采购价相较于PC104核心板有很大的优势。
在本发明实施例中，岸基监控模块10主要用于岸端操作人员对水下机器人实时运行状态的监控，机载通信模块20主要用于与岸基监控模块10进行信息的交互。水下信息获取模块30主要用于水下机器人在运行过程中对于外界环境的感知，通过通信接口转换模块40和信息交互模块50为主控制模块60提供必要的数据信息。
在本发明实施例中，通信接口转换模块40主要用于将机载通信模块20和水下信息获取模块30的串行接口RS232或RS485转换为统一的网口接口，便于主控制模块60对数据信息的获取。
需要说明的是，通信接口转换模块40用将串行接口转换为统一的网络接口主要是采用型号为USR-K7模块实现的。在通信接口转换模块40中根据水下信息获取模块30中检测元件和机载通信模块20的数量布置相应数量的USR-K7模块。
在本发明实施例中，信息交互模块50主要用于为接入通信接口转换模块40的每个检测元件分配唯一的IP地址，实现主控制模块60对检测元件检测数据信息的获取。
在本发明实施例中，执行模块70主要用于接收来自主控制模块60的控制指令，生成相应的PWM脉冲信号对执行元件进行控制。
本发明提供的一种水下机器人控制***采用在水下信息获取模块与主控制模块之间增加通信接口转换模块和信息交互模块，实现将不同的串行接口转换为统一网口接口，经过通信接口的统一，使得水下机器人舱内主控制模块只需一根网线即可完成对水下信息获取模块数据信息的采集，使水下机器人舱内的布置空间得到了极大的优化，对于后续的维护和升级也提供了极大的便利，且降低了制作成本，解决了现有水下机器人的控制***存在线路布置复杂、且通信接口不统一，成本高的技术问题。
图2为本发明实施例所述的水下机器人控制***的又一框架图。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，岸基监控模块10包括监控终端11以及与监控终端11连接的第一通信声呐12和第一RF子模块13；对应于第一通信声呐12和第一RF子模块14，机载通信模块20包括与第一通信声呐12连接的第二通信声呐21和与第一RF子模块13连接的第二RF子模块22，第二通信声呐21和第二RF子模块22分别与通信接口转换模块40连接。
需要说明的是，第一通信声呐12安放在岸基监控模块10附近的水中，通过RS232串行接口与监控终端11连接，当水下机器人在水面以下运动时，将由第二通信声呐21发送的水下机器人数据传输到监控终端11，实现水下机器人运行状态的实时获取与显示；第一RF子模块13连接天线架高在监控终端11附近，并与监控终端11通过RS232串行接口进行连接，当水下机器人在水面进行机动时，第一RF子模块13接收第二RF子模块22发送的水下机器人运行数据，实现水下机器人实时状态数据的高速获取，并能够及时的更新水下机器人的任务使命。在本实施例中，监控终端11可以为工控机、手机、iPad或电脑等。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，水下信息获取模块30的检测元件包括与通信接口转换模块40连接的GPS接收机31、惯导32、深度计33、测距声呐34和多普勒计程仪35；GPS接收机31用于在水域的水平面上检测水下机器人的位置；惯导32用于检测在导航坐标系中水下机器人运行的位置和速度；深度计33用于检测水下机器人的深度；测距声呐34用于获取水下机器人距离前进方向障碍物的距离；多普勒计程仪35用于检测水下机器人相对于水域的速度以及水下机器人行驶的航程。
需要说明的是，GPS接收机31主要用于水下机器人在水面运动时，获取水下机器人的位置信息，实现对自身定位导航数据的校准；主要根据惯导32和多普勒计程仪35检测的数据采用加速度计解算出水下机器人在导航坐标系中行驶的速度、航程以及自身所在的位置；深度计33主要用于检测当前水下机器人的深度数据并通过通信接口转换模块40和信息交互模块50向主控制模块60传送；测距声呐34获取水下机器人距离前进方向障碍物的距离信息并将数据传送给主控制模块60用于规划水下机器人运行的避障路径。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，通信接口转换模块40包括数个USR-K7模块，每个USR-K7模块的第一端与水下信息获取模块30或机载通信模块20连接，每个USR-K7模块的第二端与信息交互模块50连接。
需要说明的是，第二通信声呐21、第二RF子模块22、GPS接收机31、惯导32、深度计33、测距声呐34和多普勒计程仪35均分别与一个USR-K7模块连接。在本实施例中，第二通信声呐21、第二RF子模块22、GPS接收机31、惯导32、深度计33、测距声呐34和多普勒计程仪35连接的接口均为串行RS232接口，这串行RS232接口通过USR-K7模块转换为统一的网口接口，使得主控制模块60能够通过信息交互模块50获取各类检测元件的数据信息，简化检测元件与主控制模块60之间的接线，同时统一的网口接口也便于主控制模块60的编程设计。
与现有水下机器人控制***的各个检测元件的通信接口直接与PC104主控制板连接相比，本发明的水下机器人控制***还将统一的网口接口逐一与信息交互模块50中的交换子模块通过网线连接，达到优化线路布置的目的。该水下机器人控制***通过设计的通信接口转换模块，提高水下机器人舱内结构的集成度，集成后的控制***不仅有助于控制舱后续的维护，同时简化了主控制模块的程序设计流程。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，信息交互模块50包括无线通讯子模块51和与无线通讯子模块51连接的交换子模块52；无线通讯子模块51用于根据通信接口转换模块40的设备IP请求从IP地址池中选取一个未分配的IP地址，并将选取的IP地址传送至交换子模块52；交换子模块52将选取的IP地址分配至与设备IP请求对应的检测元件。
需要说明的是，无线通讯子模块51可以为WiFi路由器，交换子模块52可以为交换机。信息交互模块50的工作原理为：WiFi路由器通过其内部的DHCP功能分配IP地址，在DHCP中有一个地址池，WiFi路由器从允许分配的地址池中，把未分配的IP地址，发送给向WiFi路由器请求IP地址的设备。由于WiFi路由器的LAN口数量有限，通过交换机来扩展LAN口的数量，从而能够接入更多的IP地址请求设备。以深度计33为例，通过通信接口转换模块40将RS232的串口转换为网口后，向信息交互模块50请求分配IP地址，信息交互模块50中的WiFi路由器从IP地址池中选择未分配的IP地址将其分配给深度计33，由于分配的每个IP地址都是独一无二的，因此主控制模块60可以通过该地址实现对深度计33测量数据的获取。
图3为本发明实施例所述的水下机器人控制***执行模块的框架图。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，执行模块70包括从控制子模块71以及与从控制子模块71连接的数个第一执行元件72、第二执行元件73和第三执行元件74，从控制子模块71与主控制模块61通过串行接口连接。其中，第一执行元件72为继电器，第二执行元件73为舵机，第三执行元件74为电机。
需要说明的是，从控制子模块71与主控制模块60通过RS232串口连接；第三执行元件74包括设置在水下机器人尾部左右两侧的第一电机和第二电机，第一电机与第二电机分别通过相应的第一电机驱动器和第二电机驱动器与从控制子模块71连接。第二执行元件73包括设置在水下机器人左右两侧的第一舵机和第二舵机，第一舵机和第二舵机分别通过相应的舵机控制器与从控制子模块71连接。
实施例二：
图4为本发明实施例所述水下机器人控制***的控制方法的步骤流程图。
如图4所示，本发明实施例还提供一种水下机器人控制***的控制方法，基于上述的水下机器人控制***的控制方法包括以下步骤：
S1.岸基监控模块向水下机器人下发任务以及执行参数；
S2.主控制模块接收任务，定时器启动，等待一定时间主控制模块执行任务；
在主控制模块执行任务过程中的步骤包括：
S21.主控制模块获取水下机器人采用惯导检测的运行艏向角、采用深度计检测的深度以及采用惯导和多普勒计程仪检测的数据经过数据融合得到前向速度；
S22.若前向速度不需要进行控制，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块根据主控制模块中与运行艏向角对应的控制指令控制第三执行元件的运行；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块也根据主控制模块中与深度对应的控制指令控制第二执行元件的运行，主控制模块获取运行后水下机器人的运行位姿；
S23.若前向速度需要进行控制且所述前向速度小于执行参数的最大运行速度，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块根据主控制模块中与前向速度对应的控制指令控制第三执行元件的运行；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块也根据主控制模块中与深度对应的控制指令控制第二执行元件的运行，主控制模块获取运行后水下机器人的运行位姿；
S24.若水下机器人的运行位姿达到执行参数的期望位姿，完成任务的执行；若水下机器人的运行位姿没有达到执行参数的期望位姿，再次执行步骤S2；
其中，执行参数包括水下机器人的最大运行速度、期望位姿，期望位姿包括水下机器人的位置和艏向角。
需要说明的是，实施例一中已经详细阐述了水下机器人控制***的内容，在此实施例中不再一一阐述。
在本发明实施例的步骤S21中，主控制模块对惯导检测的速度和多普勒计程仪检测得到的速度进行融合处理得到水下机器人的前向速度，执行模块中的从控制子模块根据前向速度控制第一执行元件、第二执行元件、第三执行元件的运行。
需要说明的是，主控制模块得到水下机器人的前向速度是综合考虑第三执行元件的实际性能和运动过程中规避障碍物对速度值的限制。水下机器人的前向速度是由惯导测得的速度和多普勒计程仪测得的速度经过数据融合得到的。在本实施例中，采用卡尔曼滤波算法实现数据融合，水下机器人的前向速度之所以要采用惯导和多普勒计程仪检测的数据进行融合得到，避免单个检测元件检测数据的误差，使得获取水下机器人的前向速度不准确，提高数据的准确性。卡尔曼滤波算法是一种成熟的算法，属于现有技术，在此实施例中不再详细描述。
在本发明实施例的步骤S22和步骤S23中，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块中的从控制子模块根据控制指令生成控制两个第三执行元件转速的两路PWM脉冲信号；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块中的从控制子模块接收到的控制指令生成控制两个第二执行元件转动的PWM脉冲信号。
需要说明的是，第三执行元件的转动，完成水下机器人的转艏控制。第二执行元件的转动，完成水下机器人的深度调节控制。
在本发明实施例中，在步骤S24中，水下机器人的运行位姿达到执行参数的期望位姿包括：当前水下机器人的运行位姿的位置和艏向角与期望位姿的位置和艏向角之间的误差值设置在规定的误差范围内；其中，水下机器人的运行位姿的艏向角是采用惯导检测得到，水下机器人的运行位姿的位置根据所述前向速度由主控模块积分计算获得。
需要说明的是，当前水下机器人的运行位姿的位置与期望位姿的位置之间的误差值在规定的误差范围内，当前水下机器人的运行位姿的艏向角与期望位姿的位置之间的艏向角在规定的误差范围内。误差范围根据水下机器人的需求设定。艏向角是惯导中的陀螺仪测量得到。位置积分计算涉及传感器原理、信号处理、高数微积分等学科融合知识，这部分技术为本领域较为成熟的技术，在此不再一一详细阐述。
本发明提供的一种水下机器人控制***的控制方法基于水下机器人控制***实现水下机器人运行，提高水下机器人的运行效率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种水下机器人控制***，其特征在于，包括岸基监控模块、机载通信模块、水下信息获取模块、通信接口转换模块、信息交互模块、主控制模块和执行模块；
所述岸基监控模块，用于对水下机器人的运行状态进行实时监控；
所述机载通信模块，用于与所述岸基监控模块进行信息交互；
所述水下信息获取模块，用于获取水下机器人的数据信息并传送至所述通信接口转换模块；
所述通信接口转换模块，用于与所述机载通信模块和所述水下信息获取模块连接并将串行接口转换为统一的网口接口；
所述信息交互模块，用于给与所述通信接口转换模块连接的所述水下信息获取模块的检测元件匹配唯一的IP地址；
所述主控制模块，用于接收所述通信接口转换模块和所述信息交互模块传送的数据信息并根据数据信息生成控制指令传送至所述执行模块；
所述执行模块，用于根据所述控制指令生成对应的PWM信号控制执行元件的运行；
所述执行模块包括从控制子模块以及与所述从控制子模块连接的数个第一执行元件、第二执行元件和第三执行元件，所述从控制子模块与所述主控制模块通过串行接口连接；
所述第一执行元件为继电器，所述第二执行元件为舵机，所述第三执行元件为电机；
所述通信接口转换模块包括数个USR-K7模块，每个所述USR-K7模块的第一端与所述水下信息获取模块或所述机载通信模块连接，每个所述USR-K7模块的第二端与所述信息交互模块连接。
2.根据权利要求1所述的水下机器人控制***，其特征在于，所述信息交互模块包括无线通讯子模块和与所述无线通讯子模块连接的交换子模块；所述无线通讯子模块用于根据所述通信接口转换模块的设备IP请求从IP地址池中选取一个未分配的IP地址，并将选取的IP地址传送至所述交换子模块；所述交换子模块将选取的IP地址分配至与设备IP请求对应的检测元件。
3.根据权利要求1所述的水下机器人控制***，其特征在于，所述岸基监控模块包括监控终端以及与所述监控终端连接的第一通信声呐和第一RF子模块；对应于所述第一通信声呐和所述第一RF子模块，所述机载通信模块包括与所述第一通信声呐连接的第二通信声呐和与所述第一RF子模块连接的第二RF子模块，所述第二通信声呐和所述第二RF子模块分别与所述通信接口转换模块连接。
4.根据权利要求1所述的水下机器人控制***，其特征在于，所述水下信息获取模块的检测元件包括与所述通信接口转换模块连接的GPS接收机、惯导、深度计、测距声呐和多普勒计程仪；所述GPS接收机用于在水域的水平面上检测水下机器人的位置；所述惯导用于检测在导航坐标系中水下机器人运行的位置和速度；所述深度计用于检测水下机器人的深度；所述测距声呐用于获取水下机器人距离前进方向障碍物的距离；所述多普勒计程仪用于检测水下机器人相对于水域的速度以及水下机器人行驶的航程。
5.根据权利要求1所述的水下机器人控制***，其特征在于，所述主控制模块包括4代树莓派的处理器。
6.一种水下机器人控制***的控制方法，其特征在于，基于如权利要求1-5任意一项所述的水下机器人控制***的控制方法包括以下步骤：
S1.岸基监控模块向水下机器人下发任务以及执行参数；
S2.主控制模块接收所述任务，定时器启动，等待一定时间所述主控制模块执行所述任务；
在所述主控制模块执行所述任务过程中的步骤包括：
S21.所述主控制模块获取水下机器人采用惯导检测的运行艏向角、采用深度计检测的深度以及采用惯导和多普勒计程仪检测的数据经过数据融合得到前向速度；
S22.若所述前向速度不需要进行控制，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块根据所述主控制模块中与所述运行艏向角对应的控制指令控制第三执行元件的运行；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块也根据所述主控制模块中与所述深度对应的控制指令控制第二执行元件的运行，所述主控制模块获取运行后水下机器人的运行位姿；
S23.若所述前向速度需要进行控制且所述前向速度小于所述执行参数的最大运行速度，在水下机器人处于水平面运行时，执行模块根据所述主控制模块中与所述前向速度对应的控制指令控制第三执行元件的运行；在水下机器人处于垂直面运行时，执行模块也根据所述主控制模块中与所述深度对应的控制指令控制第二执行元件的运行，所述主控制模块获取运行后水下机器人的运行位姿；
S24.若水下机器人的运行位姿达到所述执行参数的期望位姿，完成所述任务的执行；若水下机器人的运行位姿没有达到所述执行参数的期望位姿，再次执行步骤S2；
其中，所述执行参数包括水下机器人的最大运行速度、期望位姿，所述期望位姿包括水下机器人的位置和艏向角。
7.根据权利要求6所述的水下机器人控制***的控制方法，其特征在于，在步骤S24中，水下机器人的运行位姿达到所述执行参数的期望位姿包括：当前水下机器人的运行位姿的位置和艏向角与期望位姿的位置和艏向角之间的误差值设置在规定的误差范围内；其中，水下机器人的运行位姿的艏向角是采用惯导检测得到，水下机器人的运行位姿的位置根据所述前向速度积分计算获得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110424364.2A CN113156982B (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种水下机器人控制***及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110424364.2A CN113156982B (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种水下机器人控制***及其控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113156982A CN113156982A (zh) | 2021-07-23 |
| CN113156982B true CN113156982B (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=76869087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110424364.2A Active CN113156982B (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种水下机器人控制***及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113156982B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114802659B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-06-06 | 深之蓝海洋科技股份有限公司 | 一种高抗流水下有缆机器人及其控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102829777A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-12-19 | 江苏科技大学 | 自主式水下机器人组合导航***及方法 |
| CN104731053A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-06-24 | 马鞍山纽泽科技服务有限公司 | 多功能水下监测与捕捞作业*** |
| CN107577226A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-12 | 西北工业大学 | 一种便携式水下自主航行器控制装置 |
| CN209590642U (zh) * | 2018-12-27 | 2019-11-05 | 天津瑞金华鼎科技有限公司 | 水下机器人信息转换和处理*** |
| CN110673615A (zh) * | 2019-08-28 | 2020-01-10 | 浙江工业大学 | 一种自主水下无人航行器控制*** |
| CN110750099A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-04 | 镇江市高等专科学校 | 一种半潜式无人艇航向角和深度驱动装置、控制***及控制方法 |
-
2021
- 2021-04-20 CN CN202110424364.2A patent/CN113156982B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102829777A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-12-19 | 江苏科技大学 | 自主式水下机器人组合导航***及方法 |
| CN104731053A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-06-24 | 马鞍山纽泽科技服务有限公司 | 多功能水下监测与捕捞作业*** |
| CN107577226A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-12 | 西北工业大学 | 一种便携式水下自主航行器控制装置 |
| CN209590642U (zh) * | 2018-12-27 | 2019-11-05 | 天津瑞金华鼎科技有限公司 | 水下机器人信息转换和处理*** |
| CN110673615A (zh) * | 2019-08-28 | 2020-01-10 | 浙江工业大学 | 一种自主水下无人航行器控制*** |
| CN110750099A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-04 | 镇江市高等专科学校 | 一种半潜式无人艇航向角和深度驱动装置、控制***及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113156982A (zh) | 2021-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107576328B (zh) | 一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控*** | |
| WO2020107317A1 (en) | Distributed light detection and ranging (lidar) management system | |
| RU164139U1 (ru) | Интеллектуальная система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом | |
| TWI585561B (zh) | 機器人裝置的離機式導航方法與裝置 | |
| KR20140108036A (ko) | 소형통합제어장치 | |
| CN102902276A (zh) | 一种基于偏振光传感器的飞行控制*** | |
| KR20140144921A (ko) | 가상현실을 이용한 무인 자동차의 자율 주행 시뮬레이션 시스템 | |
| CN113156982B (zh) | 一种水下机器人控制***及其控制方法 | |
| CN107402568B (zh) | 一种适用于无人船的通用遥控器配置和使用方法及*** | |
| CN112435454A (zh) | 一种无人机***、无人机控制方法、装置、设备和介质 | |
| JP2016520944A (ja) | ロボットデバイスのオフボードナビゲーションの方法及び装置 | |
| US20220248359A1 (en) | Aircraft time synchronization system and method | |
| KR20190000771A (ko) | 모바일 플랫폼 기반 ahrs 비행제어 장치 | |
| CN110764105A (zh) | 一种无人机的激光雷达***和无人机*** | |
| WO2022027337A1 (zh) | 可移动平台的控制***、控制方法、设备及存储介质 | |
| Arfianto et al. | Autopilot unmanned smart boat vehicle (ausv) communication with lora rfm95 | |
| CN111912403B (zh) | 一种叉车的定位方法及叉车 | |
| Sanjukumar et al. | Obstacle detection and collision avoidance on UAV using rangefinder sensor with Kalman filter technique | |
| CN210323888U (zh) | 一种自主地图构建导航装置 | |
| CN112154480B (zh) | 可移动平台的定位方法、装置、可移动平台及存储介质 | |
| CN214675692U (zh) | 基于uwb室内定位的粉尘测试自动寻址装置 | |
| CN114281109A (zh) | 一种无人机引导的多机协作控制*** | |
| CN109976357A (zh) | 一种自动驾驶控制***和方法 | |
| CN206440827U (zh) | 一种基于can总线的无人机机载gnss收发*** | |
| CN113126645A (zh) | 轻型长航程auv的控制*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |