[發明專利]一種小型自治水下機器人控制系統

在審

• 申請號: 201310538196.5
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN104615141A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 李一平;曾俊寶;閻述學
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術領域

本發明涉及水下機器人控制系統，具體地說是一種小型便攜式自治水下機器人為了適應模塊化設計而采用的控制系統。

背景技術

水下機器人作為一種替代或者協助人類探索海洋開發海洋的智能工具在本世紀得到了極大的重視。在近海、湖泊與水庫等相對水深較淺的地域，小型自治水下機器人（以下簡稱小型AUV）以其便攜性、易用性、低成本等特點，在水下水文環境監測與水下偵查等方面得到了廣泛的應用。

對于小型AUV，在工作可靠的前提下，模塊化與易維護是延長其使用周期的重要保障。設計出一種針對小型AUV的，簡單可靠，易于理解與操作維護的控制系統結構是廣大設計使用人員的迫切需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型AUV控制系統，對小型AUV可能安裝的設備及可能執行的使命進行了綜合考慮，保證在此種控制系統下小型AUV載體既能夠保證安全可靠地完成控制任務，也方便后期的維護與擴展升級。

為達到上述目的，本發明的通過以下技術方案來實現的：

一種小型自治水下機器人控制系統，包括：水面支持部分、通信裝置、控制主體、數據采集設備、電源管理模塊和推進系統模塊；所述控制主體與數據采集設備、電源管理模塊、推進系統模塊連接，還通過通信裝置與用于監控水下機器人的水面支持部分連接。

所述的數據采集設備包括多普勒計程儀、電子羅盤、全球定位系統、深度計、機械陀螺、側掃聲吶以及溫鹽深傳感器。

所述通信裝置包括水聲通信機、銥星模塊、無線電模塊、無線網橋和臍帶電纜接頭。

所述的控制主體包括通過網絡順序連接的主控計算機、交換機和測量計算機；所述主控計算機通過串口與多普勒計程儀、電子羅盤、全球定位系統、水聲通信機、銥星、無線電連接，通過擴展數據采集板與深度計、機械陀螺連接，通過CAN總線接口與電源管理模塊、推進系統模塊連接；所述交換機與無線網橋、臍帶電纜接頭連接；所述測量計算機與側掃聲吶、溫鹽深傳感器連接。

所述主控計算機和交換機還具有擴展接口。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.本發明使用三種數據傳輸手段：以太網作為控制系統內計算機之間的大數據量傳輸的通信方式，以CAN總線作為系統內狀態監測和執行器控制信號通信方式，以串口通信作為傳感器數據采集通信方式，三種數據傳輸手段同時具備使得系統兼具簡潔快速可靠安全的特性。

2.本發明使用四種水面通信手段與一種水下通信手段：銥星通信適合全球范圍內超遠距離小數據量通信，無線電適合一公里可視范圍內較大數據量通信，無線網橋適合近距離大數據量通信，臍帶電纜適合在調試階段超近距離大數據量通信；水聲通信機保證在水下也可以有數據交換。

3.本發明可以根據不同設備對接口的要求方便的進行擴展，由于使用SBS可定制的嵌入式PC/104并且控制系統采用了常見的三種數據傳輸方式，對于以后的擴展傳感器基本上可以滿足其對接口方式和數量上的要求。

附圖說明

圖1為本發明的控制系統總體結構示意圖；

其中，1水面支持部分，2主控計算機，3交換機，4測量計算機，5電源管理模塊，6推進系統模塊，7CAN的擴展接口，8多普勒計程儀，9電子羅盤，10全球定位系統，11水聲通信機，12銥星模塊，13無線電模塊，14臍帶電纜接頭，15無線網橋，16網絡擴展接口，17串口的擴展接口，18深度計，19陀螺，20AD擴展接口，21側掃聲吶，22溫鹽深傳感器，101通信設備，102通信裝置，201以太網接口，202串口，203CAN總線接口，204擴展數據采集板。

具體實施方式

為了使本發明實現的手段、特征、達成目的與功效易于明白，下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。

一種小型自治水下機器人控制系統，包括：水面支持部分、控制主體、數據采集設備、通信設備、電源管理模塊和推進系統模塊。各部分聯結方法主要包括三種：CAN總線，以太網和串口。

本裝置使用銥星、無線電、無線網橋和臍帶電纜四種數據傳輸方式。銥星覆蓋范圍廣，傳輸距離遠但是有數據延遲并且傳輸數據量??；無線電傳輸距離短但是數據延遲小并且可以傳輸較大量數據；無線網橋傳輸距離更短且信號穩定性稍差但是數據傳輸量大且無數據延遲；臍帶電纜適合岸上調試使用，無數據延遲且數據傳輸量大，信號穩定。以上4種數據傳輸方式可以在不同情況下選擇一種或者多種進行數據傳輸。