[發(fā)明專利]一種基于熱備份的冗余水下機(jī)器人自主控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310614348.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN104669268A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李德隆;于闖;賈松力;任申真;徐紅麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): B25J9/18
• 分類號(hào): B25J9/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下機(jī)器人自主控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種水下機(jī)器人冗余自主控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

在海洋領(lǐng)域里，隨著對(duì)水下作業(yè)需求的增加，越來越多任務(wù)多元、使命復(fù)雜的水下機(jī)器人被開發(fā)出來，它們具有工作時(shí)間長(zhǎng)、航行距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，隨之而來的，是對(duì)運(yùn)行可靠性和容錯(cuò)能力的要求大大提高。

以往水下機(jī)器人的可靠性模型多為串聯(lián)模型，缺少并聯(lián)環(huán)節(jié)，提高可靠性的措施多是利用提高零部件的質(zhì)量等級(jí)或豐富應(yīng)急處理方式，但某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個(gè)任務(wù)將無法繼續(xù)，任務(wù)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(tǒng)容錯(cuò)能力的方法，來滿足工作時(shí)間長(zhǎng)、復(fù)雜程度高的任務(wù)需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足水下機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)高可靠性的需求，進(jìn)一步增加可靠運(yùn)行時(shí)間，本發(fā)明提供了一種增加并聯(lián)控制環(huán)節(jié)的自主控制方法，以提升水下機(jī)器人控制平臺(tái)自主容錯(cuò)的能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于熱備份的冗余水下機(jī)器人自主控制系統(tǒng)，在水下機(jī)器人的內(nèi)部包括完全相同的控制計(jì)算機(jī)a和控制計(jì)算機(jī)b，

所述控制計(jì)算機(jī)a通過冗余供電控制接口連接所有下一級(jí)功能單元，在正常工作狀態(tài)下，控制其管理的下一級(jí)功能單元的供電開關(guān)狀態(tài)；當(dāng)所述控制計(jì)算機(jī)b出現(xiàn)異常時(shí)，控制控制計(jì)算機(jī)b管理的下一級(jí)功能單元的供電開關(guān)狀態(tài)；通過總線網(wǎng)絡(luò)連接所有下一級(jí)功能單元并對(duì)所有下一級(jí)功能單元進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；通過總線網(wǎng)絡(luò)采集所有下一級(jí)功能單元的狀態(tài)信息；

所述控制計(jì)算機(jī)b通過冗余供電控制接口連接所有下一級(jí)功能單元，在正常工作狀態(tài)下，控制其管理的下一級(jí)功能單元的供電開關(guān)狀態(tài)；當(dāng)所述控制計(jì)算機(jī)a出現(xiàn)異常時(shí)，控制控制計(jì)算機(jī)a管理的下一級(jí)功能單元的供電開關(guān)狀態(tài)；通過總線網(wǎng)絡(luò)連接所有下一級(jí)功能單元并對(duì)所有下一級(jí)功能單元進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。通過總線網(wǎng)絡(luò)采集所有下一級(jí)功能單元的狀態(tài)信息。

一種基于熱備份的冗余水下機(jī)器人自主控制方法，包括以下步驟：

在正常工作狀態(tài)下，控制計(jì)算機(jī)a和控制計(jì)算機(jī)b通過總線網(wǎng)絡(luò)采集所有下一級(jí)功能單元的狀態(tài)信息；

根據(jù)下一級(jí)功能單元的狀態(tài)信息，控制計(jì)算機(jī)a和控制計(jì)算機(jī)b按照相同的執(zhí)行邏輯，經(jīng)過運(yùn)算和判斷，形成所有下一級(jí)功能單元的執(zhí)行序列；

控制計(jì)算機(jī)a將其管理的下一級(jí)功能單元的執(zhí)行序列下達(dá)給該下一級(jí)功能單元；控制計(jì)算機(jī)b將其管理的下一級(jí)功能單元的執(zhí)行序列下達(dá)給該下一級(jí)功能單元；

當(dāng)控制計(jì)算機(jī)a和控制計(jì)算機(jī)b中的一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，另一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)接替對(duì)方對(duì)其管理的下一級(jí)功能單元進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)控制平臺(tái)的熱備份。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.水下機(jī)器人在控制容錯(cuò)能力方面得到大幅的提高，從而提高了系統(tǒng)整體可靠度。

2.通過控制環(huán)節(jié)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(xù)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的組成示意圖；

圖2為本發(fā)明的冗余硬件供電控制接口；

圖3為本發(fā)明的自主控制流程示意圖；

圖4為本發(fā)明的故障切換控制示意圖。

圖1中，1為水下機(jī)器人，2為總線網(wǎng)絡(luò)，3為控制計(jì)算機(jī)a，4為控制計(jì)算機(jī)a的下一級(jí)功能單元，5為冗余供電控制接口，6為控制計(jì)算機(jī)b，7為控制計(jì)算機(jī)b的下一級(jí)功能單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，水下機(jī)器人內(nèi)一套冗余控制平臺(tái)主要由兩臺(tái)相同接口控制計(jì)算機(jī)、冗余供電控制接口和信息共享總線網(wǎng)絡(luò)組成。互為冗余的控制計(jì)算機(jī)可通過冗余硬件供電控制接口對(duì)下級(jí)功能單元實(shí)現(xiàn)供電控制，可通過總線網(wǎng)絡(luò)訪問到所有總線上的設(shè)備，并建立通信。

如圖2所示，冗余供電控制接口是由兩個(gè)繼電器組成，兩個(gè)繼電器并聯(lián)，在供電電源回路上形成并聯(lián)的通斷開關(guān)，任意一個(gè)繼電器閉合或兩個(gè)繼電器同時(shí)閉合均可實(shí)現(xiàn)電源回路的接通，繼電器開關(guān)的閉合和斷開是通過各自供電控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。冗余硬件供電控制接口在冗余控制平臺(tái)中使用時(shí)，兩個(gè)繼電器的供電控制信號(hào)分別來至互為冗余的控制計(jì)算機(jī)，兩個(gè)繼電器并聯(lián)后的輸出端連至下一級(jí)功能單元的電源輸入端，即可實(shí)現(xiàn)互為冗余的控制計(jì)算機(jī)對(duì)下一級(jí)控制單元的冗余供電狀態(tài)控制。