[發明專利]一種基于RS485總線的八推進器水下機器人控制系統

在審

• 申請號: 202011064568.1
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112793741A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 董旭;王飛旋;羅東明;李一順;胡若愚;張文玉;白香雪;楊松柏;解毅
• 申請（專利權）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/14;B63G8/08
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

1.一種基于RS485總線的八推進器水下機器人控制系統，其特征在于，控制系統由RS485控制總線、綜合控制計算機、水下推進器、傳感器單元、供電單元、照明和圖像采集單元組成；所述綜合控制計算機能夠輸出8路PWM信號,控制水下機器人的8個推進器的旋轉方向和旋轉速度，完成水下機器人平臺的6自由度運動、定深航行和定速航行；其余單元設備均由綜合控制計算機RS485通信總線控制；所述水下推進器包括安裝在水下機器人的頂部，嵌入在浮體材料中間的4個頂部推進器，和安裝在機器人的底部的4個矢量推進器；4個頂部推進器嵌入在浮體材料中間，對稱布置，頂部推進器的安裝方向與水下機器人的水平方向垂直，能夠同步或異步差動旋轉，能夠正向或反向轉動，用于推動水下機器人完成上升、下降、俯仰、滾動功能；所述的矢量推進器中對稱的兩個矢量推進器與水下機器人的水平方向夾角相同，矢量推進器安裝的角度與水下機器人的航向夾角為60°，與側向的夾角為30°，轉速能夠同步或異步差動旋轉，能夠正向或反向轉動，用于推動水下機器人左右移動、斜45度方向移動，原地旋轉運動；所述傳感器單元包括：深度溫度測量單元，姿態測量單元，速度測量單元，電能監控單元，漏水監測單元；深度溫度測量單元包括防水膠和防磁不銹鋼圈，輸出24位壓力和溫度數字信號輸出，高分辨率的溫度數字信號輸出指示實際溫度；姿態測量單元包括姿態測量模塊，姿態測量單元接收GPS信號數據組成GPS-IMU組合導航單元；綜合控制計算機通過RS485總線來讀取姿態傳感器的姿態角信息；速度測量單元包括脈沖信號計數傳感器，用來采集電調的脈沖信號計數反饋，根據脈沖信號傳感器計數采集到的脈沖數按照規定比例換算成各推進器的實際轉速，綜合控制計算機通過RS485總線來讀取各推進器的實際轉速得出水下機器人運動速度；漏水監測單元，用于監測電子密封艙的是否漏水，并給出漏水監測信號，綜合控制計算機接收到電子密封艙漏水的信號，發出指令控制水下機器人斷電停止工作；所述供電單元具有軟啟動模塊，具有輸入保護和輸出保護，供電單元能夠由綜合控制計算機實時監控、通過后臺調節輸出電壓；所述照明圖像采集組合單元用于取得水下目標的實時視頻信息，視頻信息通過以太網進行數據傳輸，照明單元給圖像采集模塊提供輔助光源照明，用于提高拍攝效果；照明單元的亮度控制使用RS485總線進行控制，由綜合控制計算機設置照明燈的不同亮度；所有傳感器輸出信號均包括轉換器，把傳感信號轉換成符合RS485通信協議的信號，通過總線傳輸給綜合控制計算機。

2.如權利要求1所述的水下機器人控制系統，其特征在于：所述的頂部推進器的螺旋槳旋轉軸垂直于水下機器人的水平剖面；所述的矢量推進器的螺旋槳旋轉軸平行于水下機器人的水平剖面，并且前后對角布置的兩組矢量推進器的航向夾角分別為一組按順時針夾角為60°，另一組按逆時針夾角為60°。

3.如權利要求1所述的水下機器人控制系統，其特征在于：姿態測量單元包括姿態測量模塊，姿態測量模塊由高精度的陀螺儀、加速度計、地磁場傳感器組成；綜合控制計算機根據讀取的姿態傳感器的姿態角變化，自動控制頂部推進器修改轉速，保持水下機器人的運動姿態平穩。

4.如權利要求1所述的水下機器人控制系統，其特征在于：所述的速度測量單元包括信號隔離，脈沖信號捕捉，信號轉換和RS485串行通信模塊；所述的速度測量單元采集電調的脈沖信號計數反饋到綜合控制計算機，脈沖返回信號與推進器的實際轉速成正比，比值為1:7，綜合控制計算機通過RS485總線讀取的脈沖信號計數獲得各推進器的實際轉速，進而計算得出水下機器人運動速度。

5.如權利要求1所述的水下機器人控制系統，其特征在于：所述的深度溫度測量單元采用MS5837-30BA傳感器。

6.如權利要求1所述的水下機器人控制系統，其特征在于：姿態測量單元包括姿態測量模塊，所述的姿態測量模塊集成高精度的陀螺儀、加速度計、地磁場傳感器和高性能微處理器，姿態測量模塊內部集成了姿態解算器，使用動態卡爾曼濾波算法，姿態測量精度靜態0.05度，動態0.1度；姿態測量模塊支持RS485通信接口。