CN103970144B - 一种自主式水下机器人的水面操控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种自主式水下机器人的水面操控系统。本发明包括外接铱星天线插头1，外接无线电插头2，显示器4，箱盖5，上盖右槽6，总闸7，轨迹球8，箱子上盖9，光纤插头10，箱体11，数字键12，控制指示灯13，复位开关14，开关15，铱星通讯模块16，光端机17，上盖右槽18，串口接头19，风扇20，水声通讯模块21，无线电控制板22，电源插座23，电源座板块24，工控机25，无线电模块26。本发明是由水声通讯获取当前水下机器人的运动姿态和位置。当水下机器人在水面工作时还可以通过无线电和铱星跟踪器来对水下机器人进行跟踪定位和发送控制指令。

Description

一种自主式水下机器人的水面操控系统

技术领域

本发明涉及的是一种自主式水下机器人的水面操控系统。

背景技术

由于小型自主式水下机器人具有体积小、阻力低、机动力灵活、隐身性好、突击能力强、成本低、可批量生产、搭载方便的特点，近些年，成为水下机器人研究的新宠和热点。可用于多种军事用途以及海底测量、海洋观察、水下救生等，因此有十分重要的意义。

水下机器人的工作环境大部分为水下环境，水下环境复杂多变，存在着许多不确定因素，可以说水下环境随时间和位置都在变化着。而且水下的通讯只能依靠水声通讯来完成，因此如何实现水面系统对水下机器人做出准确的控制和规划指令是非常重要的。

发表在《第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集》上的论文《船体检测遥控水下机器人控制系统结构》提供了一种对遥控式水下机器人的控制结构，其水面操控系统可以通过无线控制手柄对水下机器人实现手动控制，也可以对机器人进行自动定深、定向控制。

发明内容

本发明目的是提供一种可用于控制小型自主式水下机器人的数据采集，深海作业，海底勘测等工作的自主式水下机器人水面操控系统。

发明目的实现如下：

一种自主式水下机器人的水面操控系统，包括外接铱星天线插头1，外接无线电插头2，显示器4，箱盖5，上盖右槽6，总闸7，轨迹球8，箱子上盖9，光纤插头10，箱体11，数字键12，控制指示灯13，复位开关14，开关15，铱星通讯模块16，光纤通讯模块17，，串口接头19，风扇20，水声通讯模块21，无线电控制板22，电源插座23，电源座板块24，工控机25，无线电模块26，铱星接收天线通过外接铱星天线插头1与控制台相连，控制台内部通过铱星同轴线与铱星通讯模块16连接，铱星通讯模块16通过串口连接与工控机连接，无线电接收天线通过外接无线电插头2与控制台相连，控制台内部通过无线电同轴线与无线电模块26连接，无线电模块通过串口连接无线电控制板22，经串口连接与工控机连接，光纤通讯模块17通过网络与工控机连接，工控机上安装的视频采集卡通过网络通信与水下机器人搭载的摄像机连接，水声通讯设备通过外接水声换能器接口与水声通讯模块21连接，水声模块通过串口连接与工控机实现应答。

本发明的有益效果在于：

本发明是对自主式水下机器人进行控制的水面操控系统，水面操控系统可以通过与水下机器人相连的光纤进行手动控制，也实现水下机器人在水下环境中的自动控制，由水声通讯 获取当前水下机器人的运动姿态和位置。当水下机器人在水面工作时还可以通过无线电和铱星跟踪器来对水下机器人进行跟踪定位和发送控制指令。

附图说明

图1是本发明的水面遥控平台的硬件设备图；

图2是本发明的电路连接示意图；

图3是本发明的铱星模块和无线电模块示意图；

图4是本发明的光端机模块示意图；

图5是本发明的水声通讯模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

小型自主式水下机器人水面操控系统的组成包括：其硬件设备主要有一台水面主控计算机，光端机，无线电收发模块，铱星跟踪器、电源模块；水面操控系统在不同情况下分别通过光纤、水声、无线电、铱星等设备与水下机器人进行通信，获取水下机器人的姿态和位置信息，同时控制台与主控计算机实现通讯，通过主控计算机对水下机器人进行控制干预。

水下机器人在最初调试以及某些特定环境下，水下机器人和水面操控系统之间通过光纤进行通讯。水下机器人由其自身装备的环境感知设备获取当前的运动姿态和位置，由水下机器人内部的嵌入式计算机进行处理并通过光纤传递到水面操控系统，同时通过光纤由控制台向水下机器人发出控制指令。

水下机器人在水面运动时，水面操控系统通过无线电和铱星跟踪器来获取水下机器人在水面的运功位置和姿态。水下机器人通过自身装备的铱星跟踪器与卫星实现通讯，由卫星与水面操控系统的铱星模块进行通讯获取当前的运动位置。无线电模块采用7320AL多通道高功率嵌入式无线数传电台，水下机器人通过无线电与水面操控系统进行通讯，实现水下机器人向控制台反馈其运动信息以及控制台对水下机器人进行控制干预的双向通讯。

水下机器人在水下工作时，由其自身装备的环境感知设备获取当前的运动信息，由水下机器人内部的嵌入式计算机进行处理，通过水声通讯与水面操控系统实现应答

水面主控计算机采用WindowsXP操作系统，利用VC++进行可视编程，建立主控平台，实时显示水下信息，并向机器人发布控制指令。

控制台安全箱选用万德福PC-5626型安全保护箱，箱体外尺寸为L600XW392XH285mm，内为L518XW298XH248mm。箱体配有轮轴及可伸缩拉杆，可拖行；重量轻，强度高，防水、防撞击、防尘；采用双开锁扣设计，易于打开闭合箱体；箱盖配有高品质O型密封圈，防水耐用。

结合图1，水面控制台的硬件主要由显示器、箱体、无线电模块、铱星模块、光端机模块、水声通讯模块以及电源模块组成，其具体分布和组成有外接铱星天线插头1，外接无线电插头2，显示器4，箱盖5，上盖右槽6，总闸7，轨迹球8，箱子上盖9，光纤插头10，箱体11，数字键12，控制指示灯13，复位开关14，开关15，铱星通讯模块16，光纤通讯模块17，，串口接头19，风扇20，水声通讯模块21，无线电控制板22，电源插座23，电源座板块24，工控机25，无线电模块26。

结合图2，铱星接收天线通过外接铱星天线插头1与控制台相连，控制台内部通过铱星同轴线与铱星通讯模块16连接，铱星通讯模块16通过串口连接与工控机连接，实现收发指令和获取信息。无线电接收天线通过外接无线电插头2与控制台相连，控制台内部通过无线电同轴线与无线电模块26连接，无线电模块通过串口连接无线电控制板22，经串口连接与工控机连接，实现收发指令和获取信息。光纤通讯模块17通过网络与工控机连接，工控机上安装的视频采集卡通过网络通信与水下机器人搭载的摄像机连接。水声通讯设备通过外接水声换能器接口与水声通讯模块21连接，水声模块通过串口连接与工控机实现应答，实现收发指令和获取信息。

控制台安全箱采用内接线方式，优点是接口全在箱体内部，不需要做防水处理。有效利用了箱体的空间，将箱体内的置物空间和接口空间有效结合。安全箱与主控计算机以及水下机器人的通信接口均在接线区内，这样不仅合理利用了空间，而且使线路清晰可靠。

显示器位于箱体上盖内，利用VC++进行可视编程，建立主控平台，实时显示水下信息，并向机器人发布控制指令。结合数字键和轨迹球可以实现对水下机器人发布指令。上盖右槽内安装有光纤、电源灯的接头，这样接口都位于同一位置区，节省了空间并且有助于线路设计。

结合图3，当水下机器人在水面工作时，可以依靠无线电和铱星跟踪器实现水面控制台与水下机器人的通讯。水面控制台启动后，通过串口处理，将开启铱星跟踪器，并向水下机器人发出询问信息，有应答后即可实现对水下机器人的跟踪同时向控制台反馈信息。铱星跟踪器模块主要是通过铱星系统对水下机器人进行定位和实现通信，水下机器人通过自身装备的铱星模块和铱星信号收发器与卫星通讯，水面控制台的铱星收发器收到卫星发出的的信号，实现水下机器人与水面控制台之间的通讯。水面控制台通过网络与数控计算机连接，把接收到的信息传到主控计算机上。

水面控制台启动后，通过串口处理，Task spawn 1控制AUV舱内程序启动，可以对水下机器人输入控制和规划指令。首先是控制台与水下机器人舱内PC104Socket握手，握手成功后，建立起Socket缓冲区实现在线干预水下机器人的规划与控制，同时结合GPS信息定位水 下机器人。无线电模块采用H7320L无线电台，是一款高度集成半双工高功率的无线数传电台，其发射功率高达5W，而具有较低的功耗，体积85mm×58mm×16mm，带固定孔位支架。

结合图4，水面控制台可以通过光纤与水下机器人实现应答。水面控制台启动后主控计算机通过网络与光端机连接，光端机通过网络光纤与水下机器人连接，与舱内的PC104Socket握手，握手成功后，建立起PC104Socket缓冲区实现在线干预水下机器人的规划与控制，经过船位推算可以获得水下机器人的当前位置。由水下机器人所携带的水下摄像机拍摄到的视频信息也可通过视觉PC104经光纤传输，传输到光端机，由光端机经网络传输传输到数控计算机上。

结合图5，是水下机器人在水下工作时依靠水声信道与水面控制台实现应答。水面控制台发出的控制和规划指令有调制解调器和收发换能器转换为声信号，声信号可以通过水介质传输。同时由水下机器人舱内的收发换能器和调制解调器接收到声信号并把声信号转换成控制和规划指令。实现对水下机器人的水下通讯。

Claims (1)

1.一种自主式水下机器人的水面操控系统，包括外接铱星天线插头(1)，外接无线电插头(2)，显示器(4)，箱盖(5)，上盖右槽(6)，总闸(7)，轨迹球(8)，箱子上盖(9)，光纤插头(10)，箱体(11)，数字键(12)，控制指示灯(13)，复位开关(14)，开关(15)，铱星通讯模块(16)，光纤通讯模块(17)，串口接头(19)，风扇(20)，水声通讯模块(21)，无线电控制板(22)，电源插座(23)，电源座板块(24)，工控机(25)，无线电模块(26)，其特征在于：铱星接收天线通过外接铱星天线插头(1)与控制台相连，控制台内部通过铱星同轴线与铱星通讯模块(16)连接，铱星通讯模块(16)通过串口连接与工控机连接，无线电接收天线通过外接无线电插头(2)与控制台相连，控制台内部通过无线电同轴线与无线电模块(26)连接，无线电模块通过串口连接无线电控制板(22)，经串口连接与工控机连接，光纤通讯模块(17)通过网络与工控机连接，工控机上安装的视频采集卡通过网络通信与水下机器人搭载的摄像机连接，水声通讯设备通过外接水声换能器接口与水声通讯模块(21)连接，水声模块通过串口连接与工控机实现应答；水面控制台启动后，通过串口处理，Task spawn 1控制AUV舱内程序启动，对水下机器人输入控制和规划指令；控制台与水下机器人舱内PC104建立Socket握手，握手成功后，建立起Socket缓冲区实现在线干预水下机器人的规划与控制，同时结合GPS信息定位水下机器人。