[發明專利]微型水下機器人電機控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 200810229664.X
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101751036A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 李智剛;孫凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00;G05B19/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明公開一種基于微控制器和CAN總線的微型水下機器人電機控制 裝置及控制方法，適合微型水下機器人電機控制技術及應用。

技術背景

目前，我國正在大力發展載人潛水器(HOV，Human?Occupied?Vehicle)、 深海空間站等水下裝備。這些裝備可以將操作員和科學家帶到海底親臨作 業現場進行觀察和采樣，使海洋開發作業范圍得到極大擴展。微型ROV自 帶能源，運動靈巧，攜有微型攝像機和傳感器，可以擴展載人潛水器的觀 測范圍，能深入載人潛水器不便或不敢進入的狹小復雜區域進行工作，避 免危險，增加了載人潛水器的安全性；它可以從艇外拍攝載人潛水器的作 業情況，對深海熱液等局部區域的精細觀測和作業具有重要意義；它可以 預先檢查載人潛水器在未知水域的坐底區域，也能進行推進器和艇體外部 故障的檢查；緊急情況下，它能夠開啟載人潛水器應急拋載機構的觸發裝 置，幫助潛水器脫離險境。

電機是微型水下機器人的動力來源，電機控制技術對于微型水下機器 人的運動控制、作業質量都有著直接的關鍵的影響。

微型水下機器人往往自帶能源，其功耗是指標對于微型水下機器人的 作業時間、作業半徑等關鍵指標來說顯得尤為重要。這就對微型水下機器 人的控制器選擇提出了新的要求。目前微型控制器主要有單片機、DSP、微 控制器(ARM)等，ARM是RISC領域為控制器的主流，ARM具有功能 強大、功耗低、集成性高等特性點，適合水下機器人領域的應用。

微型水下機器人和上位機控制器的通訊是微型水下機器人的重要技 術。目前主要的通訊的手段有RS232、RS485、CAN、GPRS等等。現場總 線是應用在生產現場，在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數 字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。自 80年代以來，有幾種現場總線技術已逐漸形成，在一些特定的應用領域顯 示了各自的優勢，CAN總線是其中比較有代表性的一種。CAN總線采用事 件觸發方式，它不直接支持時間確定性，而是采用了隨機載波監聽方式。 CAN采用了ISO/OSI的3層模型：物理層、數據鏈路層和應用層。CAN 支持的拓撲結構為總線型。傳輸介質為雙絞線、同軸電纜和光纖等。采用 雙絞線通信時，速率為1Mbp?s/40m，50kbp?s/10km，節點數可達110個。 CAN的通信介質訪問方式為帶優先級的CS-MA/CA。采用多主競爭式結 構，不分主從。即當發現總線空閑時，各個節點都有權使用網絡。在發生 沖突時，采用非破壞性總線優先仲裁技術：當幾個節點同時向網絡發送信 息時，運用逐位仲裁規則，借助幀中開始部分的標識符，優先級低的節點 主動停止發送數據，而優先級高的節點可不受影響地繼續發送信息，從而 有效地避免了總線沖突，使信息和時間均無損失。例如，規定0的優先級 高，A、B、C、D?4個節點同時發送信息，最后優先級高的節點D有權發 送信息，其它節點主動停止發送數據。

然而，采用基于微控制器的CAN總線通訊方式的微型水下機器人電機 控制方法目前還尚未見報道。

發明內容

本發明公開公開一種微型水下機器人的電機控制裝置及控制方法，針 對微型水下機器人的電機控制，提出了基于微控制器和CAN總線控制的技 術路線。

為了實現上述目的，本發明技術解決方案如下：

微型水下機器人的電機控制裝置包括：

CAN收發器，通過光纖與上位計算機相連；

微控制器，輸入端與CAN收發器相連，實現CAN通訊的連接配置， 并獲得上位計算機的控制信號；還通過內置的PWM控制器將PWM電機控 制信號輸送給電機的電壓輸入接口，控制電機的正反轉及轉速；

電機，通過電壓輸出接口將電機的實際輸出電壓傳送至微控制器，并 通過微控制器將上位計算機的控制信號與電機的實際輸出電壓作比較，形 成閉環控制；

微控制器配置有時鐘電路和復位電路；微控制器與CAN收發器之間通 過第一～二光電隔離器相連。

本發明控制方法如下：

首先啟動系統，對微控制器進行初始化；系統進行CAN功能初始化， 等待接收CAN數據，進行CAN數據處理；

CAN數據處理分為數據發送、數據接收兩步驟，其中：