CN104516353A - 一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统 - Google Patents

Abstract

(1)、(3)、(4)、(5)分别是分布在水下机器人的头部尾部及两侧的加速度捷联陀螺仪传感器，(2)是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050和一个三轴磁场计RMG144的复合体，这些传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器，由主处理器完成姿态的初始计算，确定绝对的空间坐标系。之后完成姿态的演算和动作信号的判别，实时的控制水下机器人的稳定，保证前后俯仰角在程序规定的角度上，也可以平衡左右的鳍，使水下机器人的动作姿态优美，行进线路正确。

Description

一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统

技术领域

本发明本发明涉及一种水下机器人感应模块，具体地说是涉及一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统。

背景技术

水下机器人的姿态平衡稳定一直是这一类机器人最重要的控制过程。以往的控制都是通过极大地降低重心，来完成一种僵硬的稳定，影响机器人的活动范围和速度等性能。本发明一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统，通过多种传感器分布式分布到鱼身体的各个部位，实时解算出各个部位的运动变化。结合身体重心的磁场传感器，确定空间的绝对变化位置，能够实时的维持水下机器人的动态平衡，相较于之前的系统，具有性能好，实用性强和定位精确控制稳定等特点。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统，能够高效的处理实时的空间定位，根据水下机器人的不同状态完成对水下机器人平衡的控制。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明要解决的技术问题是提供一种水下机器人感应模块，通过磁场、陀螺仪和加速度传感器，能够高效的处理实时的空间定位，根据水下机器人的不同状态完成对水下机器人平衡的控制。。为解决上述技术问题，本发明包括如下几个部分： 1、3、4、5分别是分布在水下机器人的头部尾部及两侧的加速度捷联陀螺仪传感器，2是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050和一个三轴磁场计RM G144的复合体，这些传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器，由主处理器完成姿态的初始计算，确定绝对的空间坐标系。之后完成姿态的演算和动作信号的判别，实时的控制水下机器人的稳定，保证前后俯仰角在程序规定的角度上，也可以平衡左右的鳍，使水下机器人的动作姿态优美，行进线路正确。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

    本发明一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统，通过多种传感器分布式分布到鱼身体的各个部位，实时解算出各个部位的运动变化。结合身体重心的磁场传感器，确定空间的绝对变化位置，能够实时的维持水下机器人的动态平衡，相较于之前的系统，具有性能好，实用性强和定位精确控制稳定等特点。

附图说明

图1是本发明一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统的结构示意图

图2是本发明一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统的流程示意图

图3是本发明一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统确定空间绝对位置的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，1、3、4、5分别是分布在水下机器人的头部尾部及两侧的加速度捷联陀螺仪传感器，2是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050和一个三轴磁场计RM G144的复合体，这些传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器。

如图2所示，是主处理器完成2姿态计算的流程图。首先开机后主处理器确定初始状态下角速度为0的时候，各个轴的加速度值，确定这三个轴的加速度合力值及其方向。确定此时的三个轴的磁场强度值，解算出他们的合磁场大小方向。

如图3所示，以重力方向为Z轴的负方向，以磁力方向为Y轴正方向，取正交与这两个方向的唯一方向为X轴，并且以右手定理确定X轴的正方向。此时便可以摆脱芯片所处的位置，实时的确定空间所处的位置，描绘出在绝对空间中，水下机器人感应模块所移动过的位置。完成初始化之后，中央处理器实时的获取加速度传感器和陀螺仪传感器的各轴的加速度信息及加速度信息。利用如上文所描述建立的绝对坐标系，根据每个轴的加速度积分算出当前速度值，再积分算出每个轴的位移值。根据角速度值，积分算出当前的角度。然后将这些数据记录到数据库之中。获得当前的各个轴加速度后，根据角度的变化量，实时的计算出当前的重力所应该处于的角度，再由上文初始化过程中重力的大小，分别计算重力在三个绝对坐标系上的分量，并剔除掉。

然后根据三轴磁力传感器实时的数据，与获得的角度、速度信息比对，做两个数据的加权纠正。以确保加速度值的非线性变化及陀螺仪的零漂等误差不会再最终的数据中产生累积的误差，保证系统运行的稳定性。完成以上的计算后，就可以实时的在空间坐标系中标定当前水下机器人感应模块所处的三轴坐标点，也可以实时的获取它的当前速度、角度、加速度。将这些数据全部记录到中央处理器缓存中的数据库中，以备判别的程序实时调用。

1、3、4、5分别是分布在水下机器人的头部尾部及两侧的加速度捷联陀螺仪传感器，它们也将各自的传感器数据发送给中央处理器，中央处理器根据它们的变化量，结合之前确定的2的绝对位置，累积出这四个点的绝对位置。

程序根据分布在水下机器人内部的这五个点的绝对位置，判断出水下机器人的姿态，实时的控制水下机器人的稳定，保证前后俯仰角在程序规定的角度上，也可以平衡左右的鳍，使水下机器人的动作姿态优美，行进线路正确。

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统由：（1）、（3）、（4）、（5）分别是分布在水下机器人的头部尾部及两侧的加速度捷联陀螺仪传感器，（2）是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050和一个三轴磁场计RM G144的复合体，这些传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器，由主处理器完成姿态的初始计算，确定绝对的空间坐标系,之后完成姿态的演算和动作信号的判别，实时的控制水下机器人的稳定，保证前后俯仰角在程序规定的角度上，也可以平衡左右的鳍。

2.根据权利要求1所述的一种分布式水下仿生机器人姿态稳定系统，其特征是：（1）、（3）、（4）、（5）它们也将各自的传感器数据发送给中央处理器，中央处理器根据它们的变化量，结合确定的（2）的绝对位置，累积出这四个点的绝对位置。