CN114954862A - 一种带缆水下机器人运动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带缆水下机器人运动控制方法，所述控制方法涉及的模块包括中控模块、信号传输模块、姿态传感模块、深度传感模块、位置信息模块和推进模块，所述信号传输模块通过信号线与中控模块连接，所述姿态传感模块和深度传感模块通过信号线与中控模块连接，涉及水下机器人领域。该带缆水下机器人运动控制方法，具有两种工作模式，使得该水下机器人能够实现多种水下操作功能，功能齐全，实用方便，提高了其功能性，同时水下机器人依靠多组推进***实现了多组动作操作，推进***的利用效率高，节省了机体内部的空间，且水下机器人水中外部环境的干扰下，使得操作各个动作时仍具有较好的稳定性、快速性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，具体为一种带缆水下机器人运动控制方法。
背景技术
水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具，水下机器人主要应用于安全搜救、管道检查、船舶河道海洋石油、科研教学、水下娱乐、能源产业、水下考古和渔业等相关领域，现有的有缆水下机器人，功能性过于单一，且由于水下干扰的复杂性，水下机器人控制***要保持较好的稳定性、快速性和准确性具有一定的难度。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种带缆水下机器人运动控制方法，解决了现有的有缆水下机器人，功能性过于单一，且由于水下干扰的复杂性，水下机器人控制***要保持较好的稳定性、快速性和准确性具有一定的难度问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种带缆水下机器人运动控制方法，所述控制方法涉及的模块包括中控模块、信号传输模块、姿态传感模块、深度传感模块、位置信息模块和推进模块，所述信号传输模块通过信号线与中控模块连接，所述姿态传感模块和深度传感模块通过信号线与中控模块连接，所述位置信息模块和推进模块通过信号线与中控模块连接。
步骤一：中控模块通电并进行程序格式化，同步启动水下机器人；
步骤二：水下机器人通过姿态传感模块、深度传感模块和位置信息模块对水下信息进行采集，并同步将水下信息传输至中控模块，中控模块对水下信息进行计算，同步信号传输模块，将数据传输至控制手柄终端；
步骤三：中控模块对水下机器人的模式进行选定，同时根据水下采集信息，对预期的位置和姿态信息采用遇限削弱积分的PID算法进行控制运算，并同步将运算信息传输至水下机器人内部控制***，有控制***对水下机器人的推进***进行控制，其中水下机器人工作模式可分为水平工作模式和贴壁工作模式。
优选的，所述中控模块与水下机器人之间通过SJA1000总线进行通讯，通讯时，将不同的数据信息打包成不同的多帧报文，并依次发送，接收时，对报文一帧一帧进行接收，并对序列号标识符进行判断，根据序列号标识符代表的数据信息进行数据处理。
优选的，所述水平工作模式时对水下机器人的控制方法包括，将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，中控模块采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出推进***的输出值，实现对水下机器人的姿态控制；无线手柄控制中控模块向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，中控模块通过决策处理获得实现上述动作时对每个推进***施加的推力值，并将每个推进***的推力值和步骤，计算出的输出值进行整合，得到推进***的最终推力值；根据推进器的特性关系式，中控模块将最终推力值转换成数字模拟控制信号后发送给水下机器人的控制***；水下机器人的控制***通过转换模块将数字模拟控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制推进***进行工作。
优选的，所述贴壁工作模式时对水下机器人的控制方法包括，中控模块将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，通过无线手柄控制上位PC机先向水下机器人发送翻滚指令，控制水下机器人处于侧翻且底部正对壁面的姿态，再向水下机器人发送垂推指令，从而给水下机器人上层四个推进器附加大小相等的正向推力，将正向推力锁定不变，将水下机器人工作模式切换为贴壁工作模式，中控模块采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出下层推进***的输出值，实现对水下机器人的航向控制，通过无线手柄控制上位机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，中控模块通过决策处理获得实现上述动作时对下层推进***的推力值。
优选的，所述姿态传感模块为姿态传感器，采用MEMS技术的高性能三维运动姿态测量***。
优选的，所述深度传感模块为压力变送器。
(三)有益效果
本发明具有两种工作模式，使得该水下机器人能够实现多种水下操作功能，功能齐全，实用方便，提高了其功能性，同时水下机器人依靠多组推进***实现了多组动作操作，推进***的利用效率高，节省了机体内部的空间，且水下机器人水中外部环境的干扰下，使得操作各个动作时仍具有较好的稳定性、快速性和准确性。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明连接关系示意图；
图3为本发明控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1-图3所示，本发明实施例提供一种带缆水下机器人运动控制方法，控制方法涉及的模块包括中控模块、信号传输模块、姿态传感模块、深度传感模块、位置信息模块和推进模块，信号传输模块通过信号线与中控模块连接，姿态传感模块和深度传感模块通过信号线与中控模块连接，位置信息模块和推进模块通过信号线与中控模块连接。
步骤一：中控模块通电并进行程序格式化，同步启动水下机器人；
步骤二：水下机器人通过姿态传感模块、深度传感模块和位置信息模块对水下信息进行采集，并同步将水下信息传输至中控模块，中控模块对水下信息进行计算，同步信号传输模块，将数据传输至控制手柄终端；
步骤三：中控模块对水下机器人的模式进行选定，同时根据水下采集信息，对预期的位置和姿态信息采用遇限削弱积分的PID算法进行控制运算，并同步将运算信息传输至水下机器人内部控制***，有控制***对水下机器人的推进***进行控制，其中水下机器人工作模式可分为水平工作模式和贴壁工作模式。
中控模块与水下机器人之间通过SJA1000总线进行通讯，通讯时，将不同的数据信息打包成不同的多帧报文，并依次发送，接收时，对报文一帧一帧进行接收，并对序列号标识符进行判断，根据序列号标识符代表的数据信息进行数据处理。
水平工作模式时对水下机器人的控制方法包括，将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，中控模块采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出推进***的输出值，实现对水下机器人的姿态控制；无线手柄控制中控模块向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，中控模块通过决策处理获得实现上述动作时对每个推进***施加的推力值，并将每个推进***的推力值和步骤，计算出的输出值进行整合，得到推进***的最终推力值；根据推进器的特性关系式，中控模块将最终推力值转换成数字模拟控制信号后发送给水下机器人的控制***；水下机器人的控制***通过转换模块将数字模拟控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制推进***进行工作。
贴壁工作模式时对水下机器人的控制方法包括，中控模块将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，通过无线手柄控制上位PC机先向水下机器人发送翻滚指令，控制水下机器人处于侧翻且底部正对壁面的姿态，再向水下机器人发送垂推指令，从而给水下机器人上层四个推进器附加大小相等的正向推力，将正向推力锁定不变，将水下机器人工作模式切换为贴壁工作模式，中控模块采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出下层推进***的输出值，实现对水下机器人的航向控制，通过无线手柄控制上位机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，中控模块通过决策处理获得实现上述动作时对下层推进***的推力值。
姿态传感模块为姿态传感器，采用MEMS技术的高性能三维运动姿态测量***。
深度传感模块为压力变送器。
使用时，中控模块通电并进行程序格式化，同步启动水下机器人，水下机器人通过姿态传感模块、深度传感模块和位置信息模块对水下信息进行采集，并同步将水下信息传输至中控模块，中控模块对水下信息进行计算，同步信号传输模块，将数据传输至控制手柄终端，中控模块对水下机器人的模式进行选定，同时根据水下采集信息，对预期的位置和姿态信息采用遇限削弱积分的PID算法进行控制运算，并同步将运算信息传输至水下机器人内部控制***，有控制***对水下机器人的推进***进行控制，其中水下机器人工作模式可分为水平工作模式和贴壁工作模式。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (7)
1.一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：所述控制方法涉及的模块包括中控模块、信号传输模块、姿态传感模块、深度传感模块、位置信息模块和推进模块，所述信号传输模块通过信号线与中控模块连接，所述姿态传感模块和深度传感模块通过信号线与中控模块连接，所述位置信息模块和推进模块通过信号线与中控模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：中控模块通电并进行程序格式化，同步启动水下机器人；
步骤二：水下机器人通过姿态传感模块、深度传感模块和位置信息模块对水下信息进行采集，并同步将水下信息传输至中控模块，中控模块对水下信息进行计算，同步信号传输模块，将数据传输至控制手柄终端；
步骤三：中控模块对水下机器人的模式进行选定，同时根据水下采集信息，对预期的位置和姿态信息采用遇限削弱积分的PID算法进行控制运算，并同步将运算信息传输至水下机器人内部控制***，有控制***对水下机器人的推进***进行控制，其中水下机器人工作模式可分为水平工作模式和贴壁工作模式。
3.根据权利要求2所述的一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：所述中控模块与水下机器人之间通过SJA1000总线进行通讯，通讯时，将不同的数据信息打包成不同的多帧报文，并依次发送，接收时，对报文一帧一帧进行接收，并对序列号标识符进行判断，根据序列号标识符代表的数据信息进行数据处理。
4.根据权利要求3所述的一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：所述水平工作模式时对水下机器人的控制方法包括，将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，中控模块采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出推进***的输出值，实现对水下机器人的姿态控制；无线手柄控制中控模块向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，中控模块通过决策处理获得实现上述动作时对每个推进***施加的推力值，并将每个推进***的推力值和步骤，计算出的输出值进行整合，得到推进***的最终推力值；根据推进器的特性关系式，中控模块将最终推力值转换成数字模拟控制信号后发送给水下机器人的控制***；水下机器人的控制***通过转换模块将数字模拟控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制推进***进行工作。
5.根据权利要求4所述的一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：所述贴壁工作模式时对水下机器人的控制方法包括，中控模块将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，通过无线手柄控制上位PC机先向水下机器人发送翻滚指令，控制水下机器人处于侧翻且底部正对壁面的姿态，再向水下机器人发送垂推指令，从而给水下机器人上层四个推进器附加大小相等的正向推力，将正向推力锁定不变，将水下机器人工作模式切换为贴壁工作模式，中控模块采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出下层推进***的输出值，实现对水下机器人的航向控制，通过无线手柄控制上位机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，中控模块通过决策处理获得实现上述动作时对下层推进***的推力值。
6.根据权利要求5所述的一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：所述姿态传感模块为姿态传感器，采用MEMS技术的高性能三维运动姿态测量***。
7.根据权利要求6所述的一种带缆水下机器人运动控制方法，其特征在于：所述深度传感模块为压力变送器。
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