[發明專利]一種基于熱備份的冗余水下機器人自主控制系統及方法

有效

• 申請號: 201310614348.5
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN104669268A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 李德隆;于闖;賈松力;任申真;徐紅麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18
• 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

本發明屬于水下機器人自主控制技術領域，具體地說是一種水下機器人冗余自主控制系統及其控制方法。

背景技術

在海洋領域里，隨著對水下作業需求的增加，越來越多任務多元、使命復雜的水下機器人被開發出來，它們具有工作時間長、航行距離遠等特點，隨之而來的，是對運行可靠性和容錯能力的要求大大提高。

以往水下機器人的可靠性模型多為串聯模型，缺少并聯環節，提高可靠性的措施多是利用提高零部件的質量等級或豐富應急處理方式，但某一環節出現問題，整個任務將無法繼續，任務可靠性的提高程度有限，無法滿足更高可靠性的要求。故需要一種可以大幅提高系統容錯能力的方法，來滿足工作時間長、復雜程度高的任務需求。

發明內容

為了滿足水下機器人長時間運行對高可靠性的需求，進一步增加可靠運行時間，本發明提供了一種增加并聯控制環節的自主控制方法，以提升水下機器人控制平臺自主容錯的能力。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于熱備份的冗余水下機器人自主控制系統，在水下機器人的內部包括完全相同的控制計算機a和控制計算機b，

所述控制計算機a通過冗余供電控制接口連接所有下一級功能單元，在正常工作狀態下，控制其管理的下一級功能單元的供電開關狀態；當所述控制計算機b出現異常時，控制控制計算機b管理的下一級功能單元的供電開關狀態；通過總線網絡連接所有下一級功能單元并對所有下一級功能單元進行數據監測；通過總線網絡采集所有下一級功能單元的狀態信息；

所述控制計算機b通過冗余供電控制接口連接所有下一級功能單元，在正常工作狀態下，控制其管理的下一級功能單元的供電開關狀態；當所述控制計算機a出現異常時，控制控制計算機a管理的下一級功能單元的供電開關狀態；通過總線網絡連接所有下一級功能單元并對所有下一級功能單元進行數據監測。通過總線網絡采集所有下一級功能單元的狀態信息。

一種基于熱備份的冗余水下機器人自主控制方法，包括以下步驟：

在正常工作狀態下，控制計算機a和控制計算機b通過總線網絡采集所有下一級功能單元的狀態信息；

根據下一級功能單元的狀態信息，控制計算機a和控制計算機b按照相同的執行邏輯，經過運算和判斷，形成所有下一級功能單元的執行序列；

控制計算機a將其管理的下一級功能單元的執行序列下達給該下一級功能單元；控制計算機b將其管理的下一級功能單元的執行序列下達給該下一級功能單元；

當控制計算機a和控制計算機b中的一臺控制計算機出現異常時，另一臺控制計算機接替對方對其管理的下一級功能單元進行管理，從而實現控制平臺的熱備份。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.水下機器人在控制容錯能力方面得到大幅的提高，從而提高了系統整體可靠度。

2.通過控制環節的熱備份方式，保證了某一控制單元故障后切換控制的連續性。

附圖說明

圖1為本發明的組成示意圖；

圖2為本發明的冗余硬件供電控制接口；

圖3為本發明的自主控制流程示意圖；

圖4為本發明的故障切換控制示意圖。

圖1中，1為水下機器人，2為總線網絡，3為控制計算機a，4為控制計算機a的下一級功能單元，5為冗余供電控制接口，6為控制計算機b，7為控制計算機b的下一級功能單元。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。

如圖1所示，水下機器人內一套冗余控制平臺主要由兩臺相同接口控制計算機、冗余供電控制接口和信息共享總線網絡組成。互為冗余的控制計算機可通過冗余硬件供電控制接口對下級功能單元實現供電控制，可通過總線網絡訪問到所有總線上的設備，并建立通信。

如圖2所示，冗余供電控制接口是由兩個繼電器組成，兩個繼電器并聯，在供電電源回路上形成并聯的通斷開關，任意一個繼電器閉合或兩個繼電器同時閉合均可實現電源回路的接通，繼電器開關的閉合和斷開是通過各自供電控制信號來實現的。冗余硬件供電控制接口在冗余控制平臺中使用時，兩個繼電器的供電控制信號分別來至互為冗余的控制計算機，兩個繼電器并聯后的輸出端連至下一級功能單元的電源輸入端，即可實現互為冗余的控制計算機對下一級控制單元的冗余供電狀態控制。