[發(fā)明專利]一種基于滑模控制的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710619764.2
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107203217A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒博;戴曉強;曾慶軍;姚震球;凌宏杰;張光義;張震
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué);江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京一格知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11316
• 代理人: 滑春生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下機器人姿態(tài)控制技術(shù)，特別涉及一種基于滑模控制的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無論是海洋資源開發(fā)，還是陸地水資源的利用，水下機器人作為開發(fā)水下資源的一種重要工具日益顯示著它的重要性。在環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、資源調(diào)查、軍事偵察等多個方面發(fā)揮著重要的作用，因此，水下機器人的研究和廣泛應(yīng)用對于充分利用自然資源，發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

水下機器人在執(zhí)行精細(xì)作業(yè)時，水下機器人的姿態(tài)控制顯得尤為重要，如，定航定深前行，以某一角度通過障礙物，動力定位等，因此，安全、可靠、靈活的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制裝置是發(fā)揮水下機器人多種作業(yè)性能的重要保證。目前，水下機器人多采用集中式的控制方式，所有數(shù)據(jù)處理和控制算法的實現(xiàn)集中在一塊處理芯片上，使得系統(tǒng)的運算速度大大降低，且系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性較差。

中國專利（申請?zhí)枮?00410021161.5）公開了一種采用分布式節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的水下機器人控制裝置，采用CAN網(wǎng)絡(luò)作為分布式控制的核心，由計算機主機節(jié)點和CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，該裝置僅使用CAN網(wǎng)絡(luò)通信，對于水下控制器與上位機間的通信部分并不適用，且該裝置未提出相關(guān)控制策略。

中國專利（申請?zhí)枮?00310105200.5）公開了一種分布式水下機器人控制系統(tǒng)，采用RS-485網(wǎng)絡(luò)作為分布式控制的核心，由計算機主機節(jié)點和RS-485網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，該裝置僅使用RS-485網(wǎng)絡(luò)通信，對于水下控制器與上位機間的通信部分并不適用，通信速度慢、占用系統(tǒng)內(nèi)存資源多，且該裝置未提出相關(guān)控制策略。

中國專利（申請?zhí)枮?01510253350.3）公開了一種模塊化的ROV控制系統(tǒng)，采用TCP/IP作為系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)各個分支單元模塊化，該系統(tǒng)全部應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信，硬件成本太高，且編程難度大，并非適用于所有模塊。

中國專利（申請?zhí)枮?01310538196.5）公開了一種小型自治水下機器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多種通信方式完成對水下機器人的控制，但所有模塊的數(shù)據(jù)處理工作均由主控計算機完成，各個模塊自主性差，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的實時性欠缺，水下機器人的響應(yīng)速度慢，且整個系統(tǒng)容錯性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于滑模控制的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于滑模控制的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其創(chuàng)新點在于：包括上位機、深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、主控制器模塊、CAN數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、以太網(wǎng)通信模塊、電源模塊以及若干推進(jìn)器控制模塊；所述主控制器模塊與深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、CAN數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接，還通過以太網(wǎng)通信模塊與上位機連接，且深度數(shù)據(jù)處理模塊和導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊均通過IIC總線與主控制器模塊連接；所述電源模塊與深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、主控制器模塊、CAN數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、以太網(wǎng)通信模塊、以及若干推進(jìn)器控制模塊連接，且CAN數(shù)據(jù)收發(fā)模塊還通過CAN總線與各進(jìn)器控制模塊連接；

其中，所述主控制器模塊包括IIC數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊、終端滑模控制算法模塊、CAN數(shù)據(jù)包處理模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊；所述IIC數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊與深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊和終端滑模控制算法模塊連接，終端滑模控制算法模塊還與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊和CAN數(shù)據(jù)包處理模塊連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊與以太網(wǎng)通信模塊連接，CAN數(shù)據(jù)包處理模塊與CAN數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，還包括其他功能擴(kuò)展模塊，所述其他功能擴(kuò)展模塊通過IIC總線與主控制器模塊連接。

進(jìn)一步地，所述其他功能擴(kuò)展模塊包括水下燈控制模塊、電源管理模塊和漏水檢測模塊。

進(jìn)一步地，所述深度數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理芯片和串口數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理芯片和串口數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。

進(jìn)一步地，所述主控制器模塊包括處理芯片。

進(jìn)一步地，所述CAN數(shù)據(jù)收發(fā)模塊包括CAN數(shù)據(jù)收發(fā)器芯片。

進(jìn)一步地，所述以太網(wǎng)通信模塊包括以太網(wǎng)收發(fā)芯片。

進(jìn)一步地，所述電源模塊包括穩(wěn)壓電源和隔離電源，在各電源的輸入端和輸出端分別并聯(lián)多個不同容值的電容，并在與電源模塊連接的各個芯片的電源輸入端并聯(lián)一個0.1uF電容。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：