[發明專利]一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統

無效

• 申請號: 201410091538.8
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103823471A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 羅慶生;金誠;梁偉棟;張浩;許珂;陳怡然
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統，其特征在于：系統可劃分為人機協作層、決策層、規劃層、執行層，采用CAN總線實現所有子系統間通信；人機協作層包括陸基/艇載監控系統，決策層包括多傳感器信息采集融合系統與智能決策系統，規劃層包括步態生成系統，執行層包括驅動執行系統。

2.按照權利要求1所述一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統，其特征在于：陸基/艇載監控系統包括多通道航模發射機、長波收發系統、上位機監測軟件，該子系統可建設于陸地、水面或搭載于艦艇上。

3.按照權利要求2所述一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統，其特征在于：航模發射機通過2.4GHz短波發射水下機器人航向控制信號，長波收發系統的短波接收機接收信號后傳輸給編碼調制電路及功率放大電路，將航向控制信號加載到長波上，再通過水上無線發射信道向水下的AUV發射；AUV發射的長波信號通過長波收發系統的水上無線接收信道接收，傳輸給中頻解調解碼電路及放大混頻電路處理后通過USB串口傳送給上位機；上位機的監視軟件接收到數據后顯示在相應界面，姿態數據經處理后驅動AUV三維模型實時仿真AUV的真實姿態。

4.按照權利要求3所述一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統，其特征在于：上位機監測軟件采用LABVIEW及Solidworks聯合設計編寫的顯示及仿真平臺，該平臺包括采樣圖像顯示界面，障礙物提示界面，壓力、溫度、高度、深度數據顯示界面，艙內漏水報警器，三軸加速度計數據顯示界面，實時姿態仿真界面；長波收發系統接收由AUV發送的載有傳感器數據、圖像信息的長波信號，經解調后通過USB傳送給上位機并顯示在顯示仿真平臺的相應界面中，該系統利用在LABVIEW中搭建的控制器分析所傳回的姿態數據，通過LABVIEW與Solidworks的接口直接驅動Solidworks中的AUV三維模型，在顯示器上實時仿真AUV在水中的姿態。該系統還可將所采集回的所有數據、圖像信息自動進行整理并生成監測報告保存在上位機中。

5.按照權利要求1所述一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統，其特征在于：多傳感器信息采集融合系統采用數字信號處理器DSP作為核心處理器，處理器內嵌傳感器驅動模塊，聲吶信號處理模塊、傳感器數據融合模塊，融合算法模塊，并通過片上接口與多通道串口擴展板串口與機載長波收發器和各個傳感器連接，用于接收陸基/艇載監控系統發出的航向控制信號和傳感器對AUV工作水域環境信息的采集及融合；在該子系統中，視覺傳感器用于實現AUV前方可見區域的三維重建，三軸加速度計用于測量AUV工作空間三個方向的線加速度，單波束前視聲吶用于探測AUV相對障礙物的位置，壓力傳感器和溫度傳感器分別用于檢測AUV工作水域的壓強和溫度，艙內漏水傳感器用于檢測AUV艙內是否進水，高度計和深度計分別測量AUV距水底和水面的距離；各類傳感器信息和航向控制信號通過多通道串口擴展板的相應接口和DSP相應接口傳輸至多傳感器信息采集融合系統的傳感器數據融合模塊，一方面將數據信息采樣并封裝，再經長波收發器發送給陸基/艇載監控系統，另一方面調用信息融合算法，產生決策算法模塊所需的數據，數據通過CAN總線傳送到智能決策系統。

6.按照權利要求1所述一種矢量推進的小型四軸水下機器人控制系統，其特征在于：智能決策系統由內嵌實時操作系統RT-Linux的ARM9構成，其主要功能模塊包括避障算法模塊、決策算法模塊、雙口RAM驅動模塊。避障算法模塊又分為環境建模算法子模塊、局部避障算法子模塊；智能決策系統接收到多傳感器信息采集融合系統發送的數據后，若檢測到障礙物，智能決策系統調用環境建模算法，采用單元數算法建立內部障礙物表示地圖模型，再調用局部避障算法，采用人工勢場算法由內部障礙物表示地圖模型中解算出自主避障局部路徑規劃，再調用決策算法處理，最后獲得相應的控制指令；若未檢測到障礙物，則經CAN總線傳輸到智能決策系統的數據直接由決策算法處理后獲得相應控制指令，該指令通過雙口RAM驅動模塊被存儲在雙口RAM指定的決策指令地址空間內，以便步態生成系統隨時讀取。