CN106774391A - 一种水下空化清洗机器人的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型电子教学板系统，属于水下机器人技术领域，包括水下清洗控制系统和机器人控制系统，所述的机器人控制系统包括控制终端、推进模块、照明摄像模块、主控制器、路径规划模块和导航模块，其中控制终端包括显示器和控制手柄两部分，推进模块包括垂直推进器、水平推进器和前后推进器；所述的水下清洗控制系统包括电位计、分控制器、滚轮驱动模块、丝杠驱动模块和行程定位模块，所述的主控制器和分控制器通过通讯线缆相连。本发明的有益效果为：采用CAN总线设计方法，能有效解决船舶、大坝等壁面的清洗，同时可以灵活的调整机器人姿态和行驶路径，且设有自动驾驶和导航模块，智能化程度高，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下空化清洗机器人的控制系统。
背景技术
水下清洗是一项技术难度较大而又极具市场潜力的行业。我国在这一行业的技术研发还处于极为落后的状态。国际上现阶段所使用的液压清洗刷使用不方便，效率低(尤其对污损生物滋生严重的表面)，对被清洁物表面和涂料有很大的损伤并对环境产生污染。空化射流技术是目前清洗行业上新兴的最具潜力的方法，但在水下清洗的设备上还存在着许多问题，如目前只能进行潜水员进行手持作业，清洗效率低，人力成本高等。
发明内容
本发明提供了一种水下空化清洗机器人的控制系统，采用CAN总线设计方法，对不同模块进行分级控制，所采用的控制方案能有效解决船舶、大坝等壁面的清洗，同时可以灵活的调整机器人姿态和行驶路径，且设有自动驾驶和导航模块，智能化程度高，使用方便。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种水下空化清洗机器人的控制系统，包括水下清洗控制系统和机器人控制系统，其特征在于，所述的机器人控制系统包括控制终端、推进模块、照明摄像模块、主控制器、路径规划模块和导航模块，其中控制终端包括显示器和控制手柄两部分，推进模块包括垂直推进器、水平推进器和前后推进器，照明摄像模块包括摄像头和照明灯两部分；所述的水下清洗控制系统包括电位计、分控制器、滚轮驱动模块、丝杠驱动模块和行程定位模块，所述的主控制器和分控制器通过通讯线缆相连。
作为本方案的优选实施例，所述的推进模块中的推进器通过伺服电机进行驱动，其中垂直推进器和前后推进器的数量为两个，水平推进器的数量至少为一个。
作为本方案的优选实施例，所述的路径规划模块内设有自动驾驶仪，路径设定为Z形路线，即沿水平方向向前运动L米后垂直向下运动H米，随后沿水平方向向后运动L米，周而复始。
作为本方案的优选实施例，所述的导航模块可以为电子罗盘，也可以为微机电陀螺仪。
作为本方案的优选实施例，所述的滚轮驱动模块至少包括四个滚轮和步进驱动机，每个步进电机驱动一个滚轮，并对应一个电位计，其中电位计为角度旋转传感器。
作为本方案的优选实施例，所述的行程定位模块包括滚轮行程定位和丝杆行程定位两部分，均是通过霍尔传感器的脉冲感应信号进行监测。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
采用CAN总线设计方法，对不同模块进行分级控制，所采用的控制方案能有效解决船舶、大坝等壁面的清洗，同时可以灵活的调整机器人姿态和行驶路径，且设有自动驾驶和导航模块，智能化程度高，使用方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的结构示意图。
图1中：1、水下清洗控制系统，2、机器人控制系统，3、显示器，4、控制手柄，5、控制终端，6、推进模块，7、垂直推进器，8、水平推进器，9、前后推进器，10、摄像头，11、照明灯，12、照明摄像模块，13、主控制器，14、路径规划模块，15、导航模块，16、电位计，17、分控制器，18、滚轮驱动模块，19、丝杠驱动模块，20、行程定位模块。
具体实施方式
本发明提供了一种水下空化清洗机器人的控制系统，采用CAN总线设计方法，对不同模块进行分级控制，所采用的控制方案能有效解决船舶、大坝等壁面的清洗，同时可以灵活的调整机器人姿态和行驶路径，且设有自动驾驶和导航模块，智能化程度高，使用方便。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1所示，一种水下空化清洗机器人的控制系统，包括水下清洗控制系统1和机器人控制系统2，所述的机器人控制系统2包括控制终端5、推进模块6、照明摄像模块12、主控制器13、路径规划模块14和导航模块15，其中控制终端5包括显示器3和控制手柄4两部分，推进模块6包括垂直推进器7、水平推进器8和前后推进器9，照明摄像模块12包括摄像头10和照明灯11两部分；所述的水下清洗控制系统1包括电位计16、分控制器17、滚轮驱动模块18、丝杠驱动模块19和行程定位模块20，所述的主控制器13和分控制器17通过通讯线缆相连。
其中，在实际应用中，所述的推进模块6中的推进器通过伺服电机进行驱动，其中垂直推进器7和前后推进器9的数量为两个，水平推进器8的数量至少为一个，通过垂直推进器7可以实现上浮和下潜的运动，同时对左右平衡姿态进行调整，防止机器人受到干扰后向一边倾斜；前后推进器9的左右是为前进和后退提供动力，并且要保证滚轮始终贴合在壁面上；水平推进器8的作用是为机器人的左右移动提供动力，可以通过控制手柄4对各个推进器发送不同的指令，通过改变其转速来调整推进力的大小和方向。
其中，在实际应用中，所述的路径规划模块14内设有自动驾驶仪，路径设定为Z形路线，即沿水平方向向前运动L米后垂直向下运动H米，随后沿水平方向向后运动L米，周而复始，以船舶为例，此处的“前方”是指自船首至船尾的方向，“下方”是指自水面至水底的方向，由于大部分船舶的壁面是倾斜的，这样的路径规划可以保证机器人清洗过程最大程度的保持在一条水平线上航行，姿态控制更加方便，其中向下运动的距离H要小于空化喷嘴的有效直径，防止出现漏刷区域。
其中，在实际应用中，所述的导航模块15可以为电子罗盘，也可以为微机电陀螺仪，通过导航模块15监测机器人的运动是否正常，如果与设定路线之间出现偏差，将及时反馈到主控制器13内，并通过推进模块6进行调整，以此保证机器人能够按照规划路径行驶，提高了自主性，减少了人工干预。
其中，在实际应用中，所述的滚轮驱动模块18至少包括四个滚轮和步进驱动机，每个步进电机驱动一个滚轮，并对应一个电位计16，其中电位计16为角度旋转传感器，通过滚轮式结构，既可以容易判断机器人是否离开壁面，又不妨碍机器人的正常运动，分控制器17内设有判断算法，当四个滚轮中至少有三个正常运动，说明系统工作正常；当有两个或两个以上的滚轮不转动时，则说明机器人离开了清洗壁面，清洗无效，并发出警报，需要重新贴合。
其中，在实际应用中，所述的行程定位模块20包括滚轮行程定位和丝杆行程定位两部分，均是通过霍尔传感器的脉冲感应信号进行监测，利用滚轮上的霍尔传感器可以判断出滚轮转动的圈数，进而可以得出机器人在水平方向上运动的距离，当这个距离等于设定值L后，系统自动转入垂直运动状态，同样根据滚轮的圈数计算下移距离；丝杠上的霍尔传感器可以检测出喷头运动距离和方向，如设定丝杠长度为l，喷头运动速度为v1，机器人的运动速度为v2，则喷头需在机器人离清洗界面的距离s＝v2·l/v1处开始移动，保证在机器人的一侧到达界面时，喷头也能从一侧移动到另一侧，从而保证不会因机器人本身宽度问题造成界面处的清洗死角。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种水下空化清洗机器人的控制系统，包括水下清洗控制系统(1)和机器人控制系统(2)，其特征在于，所述的机器人控制系统(2)包括控制终端(5)、推进模块(6)、照明摄像模块(12)、主控制器(13)、路径规划模块(14)和导航模块(15)，其中控制终端(5)包括显示器(3)和控制手柄(4)两部分，推进模块(6)包括垂直推进器(7)、水平推进器(8)和前后推进器(9)，照明摄像模块(12)包括摄像头(10)和照明灯(11)两部分；所述的水下清洗控制系统(1)包括电位计(16)、分控制器(17)、滚轮驱动模块(18)、丝杠驱动模块(19)和行程定位模块(20)，所述的主控制器(13)和分控制器(17)通过通讯线缆相连。
2.根据权利要求1所述的一种水下空化清洗机器人的控制系统，其特征在于，所述的推进模块(6)中的推进器通过伺服电机进行驱动，其中垂直推进器(7)和前后推进器(9)的数量为两个，水平推进器(8)的数量至少为一个。
3.根据权利要求1所述的一种水下空化清洗机器人的控制系统，其特征在于，所述的路径规划模块(14)内设有自动驾驶仪，路径设定为Z形路线，即沿水平方向向前运动L米后垂直向下运动H米，随后沿水平方向向后运动L米，周而复始。
4.根据权利要求1所述的一种水下空化清洗机器人的控制系统，其特征在于，所述的导航模块(15)可以为电子罗盘，也可以为微机电陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的一种水下空化清洗机器人的控制系统，其特征在于，所述的滚轮驱动模块(18)至少包括四个滚轮和步进驱动机，每个步进电机驱动一个滚轮，并对应一个电位计(16)，其中电位计(16)为角度旋转传感器。
6.根据权利要求1所述的一种水下空化清洗机器人的控制系统，其特征在于，所述的行程定位模块(20)包括滚轮行程定位和丝杆行程定位两部分，均是通过霍尔传感器的脉冲感应信号进行监测。
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