CN106155121A - 一种水下机器人水面控制装置 - Google Patents

Abstract

一种水下机器人水面控制装置，本发明涉及水下作业领域，包含电源箱、控制箱及其控制协议等三部分。控制箱主控系统采用模块化设计，主要由电源模快、面板采集PLC模块和工控机模块构成，具有高的可靠性和稳定性，适合在各种复杂恶劣条件下使用。控制协议定义了操控面板控制量与水下本体运动控制之间的关系。该装置采用了光纤传输技术，可实现远距离高质量的视频数据传输，提升操控灵活性；采用控制箱和电源箱分离的方式，可最大程度减少大功率电源转换对控制系统产生的干扰；采用的光电缆接口板不仅可对接光电缆，也可对接微细光缆，使得该装置不仅适用于ROV的远程遥控，也可作为AUV前期的调试平台，具有多用途特性。

Description

一种水下机器人水面控制装置

技术领域

本发明涉及水下作业领域，特别涉及一种水下机器人的水面控制装置的设计。

背景技术

作为人类研究和开发海洋的得力助手，水下机器人在海洋工程领域正扮演着越来越重要的角色，尤其在海底电缆铺设、海底搜救、海底军事设施维护等工程领域。水下机器人能够在潜水员不可能到达的深度进行综合考察和研究，并能完成各种作业任务，在海洋开发中发挥着极其重要的作用。

但是未知多变的海洋环境比陆地环境要复杂得多，加上水下机器人自身存在强耦合、非线性、欠驱动及模型不确定性，使得有效控制成为技术难点。按控制方式来分，主要有遥控水下机器人ROV(Remotely Operated Vehicle)和自治水下机器人AUV(Autonomous UnderwaterVehicle)。而水下机器人的重要组成部分-水面控制装置的设计显得特别重要。水面控制装置就是水下机器人的水面操控台，负责水下机器人水下作业时的手动操控，主要用于水面操控、水下图像和状态信息显示。而目前国外和国内的水面控制单元，通讯多采用双绞线传输，通讯质量不高，尤其对于高清水下视频，往往达不到比较好的效果。采用了光纤传输技术，可实现远距离获得高质量的实时高清视频、遥测数据和操控灵活性。采用PLC可编程逻辑控制器，通过增强操控的可靠性和灵活性。采用控制箱和电源箱分离的结构方式，可最大程度减少大功率电源转换对控制系统产生的干扰，增强系统的稳定性。由于采用的光电缆接口板不仅可对接光电缆，也可对接微细光缆，所以该装置不仅适用于ROV的远程遥控，也可作为AUV前期的调试平台，具有多用途的特性。

发明内容

本发明的目的为水下机器人水面控制提供一种操控灵活、可靠性好的水面控制装置。该装置具有携带方便、能现场编程和高可靠性等优点，能通过光电复合缆对水下机器人本体进行控制，完成各种水下作业任务。本发明专利适合装备于水下机器人等水下作业设备进行水下目标观测、桥梁检测和水下搜救等场合。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种水下机器人的水面控制装置，其特点是，包含：光电缆接口板、光端机、主控系统、功率分配板、网络交换机、LCD显示器和操控面板；

上述的光电缆接口板、光端机、主控系统、功率分配板、网络交换机和操控面板安装在防护箱箱体内，LCD显示器安装在防护箱箱盖内侧；

上述的光电缆接口板的输出端通过光电缆与水下机器人本体的输入端连接，其输入端与光端机和功率分配板连接；

上述的光端机的输出端与光电缆接口板的输入端连接，其输入端与主控系统连接；

上述的主控系统包含工控机、可编程逻辑控制器和电源模块；

上述的可编程逻辑控制器和电源模块分别与工控机连接。

上述的功率分配板的输出端分别与光端机、主控系统、功率分配板、网络交换机、LCD显示器和操控面板连接，其输入端与光电缆接口板连接；

上述的网络交换机与光端机、工控机和可编程逻辑控制器连接。

上述的LCD显示器的输入端与工控机的VGA输出端连接；

上述的操控面板包含数字开关、模拟操控组件和输出接口组件；

上述的数字开关和模拟操控组件分别与可编程逻辑控制器连接；

上述的输出接口组件分别光电缆接口板与工控机连接。

上述的电源箱包含动力电源转换模块、辅助电源转换模块和过流保护模块。

上述的控制协议主要对操控面板上的数字开关和模拟操控组件进行控制量的定义，该控制量经由光电缆传送至水下本体，以控制水下本体的运动状态。

本发明专利的优点在于：

1、采用了光纤传输技术，可实现远距离获得高质量的实时高清视频、遥测数据和操控灵活性。

2、采用PLC可编程逻辑控制器，通过增强操控的可靠性和灵活性。

3、采用控制箱和电源箱分离的结构方式，可最大程度减少大功率电源转换对控制系统产生的干扰，增强系统的稳定性。

4、由于采用的光电缆接口板不仅可对接光电缆，也可对接微细光缆，使其不仅适用于ROV的远程遥控，也可作为AUV前期的调试平台，具有多用途的特性。

附图说明

图1为水下机器人水面控制装置-控制箱结构框图。

图2为水下机器人水面控制装置-控制箱的功率分配板结构框图。

图3为水下机器人水面控制装置-电源箱结构框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种水下机器人的水面控制装置，其包含光电缆接口板1、光端机2、主控系统3、功率分配板4、网络交换机5、LCD显示器6和操控面板7；

光电缆接口板1、光端机2、主控系统3、功率分配板4、网络交换机5和操控面板7安装在防护箱箱体内，LCD显示器6安装在防护箱箱盖内侧；

光电缆接口板1的输出端与水下机器人本体的输入端连接，其输入端与光端机2和功率分配板4连接；

光端机1的输出端与光电缆接口板1的输入端连接，其输入端与主控系统3连接；

主控系统3包含工控机31、可编程逻辑控制器32和电源模块33。

可编程逻辑控制器32和电源模块33分别与工控机31连接；

工控机31设置于水下机器人控制装置防护箱箱体内，用于接收可编程逻辑控制器32采集的操控面板7的操纵数据，并按通讯协议，由光端机2下传至水下机器人本体，同时由光端机2接收水下机器人本体发送过来的状态信息，进行解析并传送给LCD显示器6进行实时显示。

可编程逻辑控制器32设置于水下机器人控制装置防护箱箱体内，用于接收操控面板7的操纵数据，并将所获得的数据经工控机31处理并传至水下机器人本体。

电源模块33设置于水下机器人控制装置防护箱箱体内，用于工控机、可编程逻辑控制器、和其它组件的供电。

LCD显示器6的输入端与工控机31的VGA输出端连接；

操控面板7包含数字开关71、模拟操控组件72和输出接口组件73。

数字开关71和模拟操控组件72分别与可编程逻辑控制器32连接；

输出接口组件73分别光电缆接口板1与工控机31连接；

数字开关71设置于水下机器人控制装置操控面板上，用于接收开关控制信息，并将所获得的数据经可编程逻辑控制器32处理并传至工控机31。

模拟操控组件72设置于水下机器人控制装置操控面板上，用于接收操作杆、电位器等模拟控制信息，并将所获得的数据经可编程逻辑控制器32处理并传至工控机31。

输出接口组件73设置于水下机器人控制装置操控面板上，用于将水下机器人本体的状态信号输出到外部设备，并可通过外部设备对水下机器人本体进行控制，同时将前视声纳输出到外部设备进行显示。

如图2所示，功率分配板4的输出端分别与光端机2、主控系统3、功率分配板4、网络交换机5、LCD显示器6和操控面板7连接，其输入端与光电缆接口板1连接；

网络交换机5与光端机2、工控机31和可编程逻辑控制器32连接；

如图3所示，电源箱8包含动力电源转换模块81、辅助电源转换模块82和过流保护模块83。

动力电源转换模块81是由3组电源模块(SP-480-48)组成，为水下机器人本体提供动力电源，辅助电源转换模块82是由电源模块(PBA100F)构成，为控制箱提供工作电源。

控制协议定义了操控面板控制量与水下本体运动控制之间的关系，主要对操控面板7上的数字开关71和模拟操控组件72进行控制量的定义，该控制量经由光电缆传送至水下本体，以控制水下本体的运动状态，具体定义如下：第0-2字节为头标志字符“ARV”，第3字节为电源开关，第4字节为状态控制方式，第5-6字节为纵向控制(左)，第7-8字节为纵向控制(右)，第9-10字节为潜浮控制(前)，第11-12字节为潜浮控制(后)，第13字节为LED亮度，第14、15和16字节作为备用，以备将来功能扩展之用，第17-18字节为水面运行时间，第19字节为第3到第18字节的校验和。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种水下机器人的水面控制装置，其特征在于，包含：光电缆接口板(1)、光端机(2)、主控系统(3)、功率分配板(4)、网络交换机(5)、LCD显示器(6)和操控面板(7)；

所述的光电缆接口板(1)、光端机(2)、主控系统(3)、功率分配板(4)、网络交换机(5)和操控面板(7)安装在防护箱箱体内，LCD显示器(6)安装在防护箱箱盖内侧；

所述的光电缆接口板(1)的输出端通过光电缆与水下机器人本体的输入端连接，其输入端与光端机(2)和功率分配板(4)连接；

所述的光端机(1)的输出端与光电缆接口板(1)的输入端连接，其输入端与主控系统(3)连接。

2.如权利要求1所述的水下机器人的水面控制装置，其特征在于，所述的主控系统(3)包含工控机(31)、可编程逻辑控制器(32)和电源模块(33)；

所述的可编程逻辑控制器(32)和电源模块(33)分别与工控机(31)连接；

所述的功率分配板(4)的输出端分别与光端机(2)、主控系统(3)、功率分配板(4)、网络交换机(5)、LCD显示器(6)和操控面板(7)连接，其输入端与光电缆接口板(1)连接；

所述的网络交换机(5)与光端机(2)、工控机(31)和可编程逻辑控制器(32)连接；

所述的LCD显示器(6)的输入端与工控机(31)的VGA输出端连接。

3.如权利要求1所述的水下机器人本体装置，其特征在于，所述的操控面板(7)包含数字开关(71)、模拟操控组件(72)和输出接口组件(73)；

所述的数字开关(71)和模拟操控组件(72)分别与可编程逻辑控制器(32)连接；

所述的输出接口组件(73)分别光电缆接口板(1)与工控机(31)连接。

4.如权利要求1所述的水下机器人本体装置，其特征在于，所述的电源箱(8包含动力电源转换模块(81)、辅助电源转换模块(82)和过流保护模块(83)。

5.如权利要求1所述的水下机器人本体装置的控制协议，其特征在于，所述的控制协议主要对操控面板7上的数字开关71和模拟操控组件72进行控制量的定义，该控制量经由光电缆传送至水下本体，以控制水下本体的运动状态。