CN109062228A - 一种用于rov水下机器人的控制系统 - Google Patents

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管志光
张东
姜茹
王恒玉
马仁龙
李建金
杨远山
王磊
魏会心
杨涛
张尊儒
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Shandong Jiaotong University
Institute of Automation Shandong Academy of Sciences
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Shandong Jiaotong University
Institute of Automation Shandong Academy of Sciences
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0692—Rate of change of altitude or depth specially adapted for under-water vehicles

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Abstract

本发明提供一种用于ROV水下机器人的控制系统，属于ROV技术领域，包括水下控制部分和母船控制部分。水下控制部分包括水下控制器、双目视觉定位系统、传感器组、推进器组、机械手，水下控制器中集成有陀螺仪，水下控制器通过USB连接双目视觉定位系统，水下控制器的模拟量输入端与传感器组相连，水下控制器的PWM输出端与推进器组相连，水下控制器的IO输出端与机械手相连。母船控制部分包括母船控制器、操作手柄和液晶显示屏，母船控制器的模拟量输入端与操作手柄相连，母船控制器的LCD接口与液晶显示屏相连。水下控制器和母船控制器之间通过CAN总线相连。本发明可以实现ROV水下机器人平稳运行，提高ROV水下机器人的操作精确性。

Description

一种用于ROV水下机器人的控制系统
技术领域
本发明涉及ROV水下机器人技术领域，具体地说是一种用于ROV水下机器人的控制系统。
背景技术
水下机器人目前已广泛运用海洋环境观测与预警、海洋目标获取与识别等领域。在浅海，ROV水下机器人以其便携性，灵活性及成本低等优势得到广泛应用。但是，现有ROV水下机器人采集的图像无法实现目标物的精确定位，同时，ROV水下机器人的机械手操作一般通过母船控制器操作手柄操作，精度低。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种用于ROV水下机器人的控制系统，用来控制ROV水下机器人的升降、前进后退、转弯和悬停，根据摄像头采集图像实现水下目标定位，驱动机械手实现特定动作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于ROV水下机器人的控制系统，包括水下控制部分和母船控制部分。水下控制部分包括水下控制器、双目视觉定位系统、传感器组、推进器组、机械手，水下控制器中集成有陀螺仪，水下控制器通过USB连接双目视觉定位系统，水下控制器的模拟量输入端与传感器组相连，水下控制器的PWM输出端与推进器组相连，水下控制器的IO输出端与机械手相连。母船控制部分包括母船控制器、操作手柄和液晶显示屏，母船控制器的模拟量输入端与操作手柄相连，母船控制器的LCD接口与液晶显示屏相连。水下控制器和母船控制器之间通过CAN总线相连。通过操作手柄使ROV水下机器人下潜，传感器组和陀螺仪采集的信号实时传递至水下控制器，水下控制器根据接收的信号控制推进器组动作，进而保证ROV水下机器人运行的平稳性；在ROV水下机器人下潜至设定深度时，操作手柄依然控制ROV水下机器人运动，直至双目视觉定位系统找到目标物，随后，操作手柄失去对制ROV水下机器人的控制作用，双目视觉定位系统开始自主定位目标物，同时，水下控制器控制机械手进行相应动作。机械手完成后，水下控制器向母船控制器传递信号，操作手柄恢复控制功能，工作人员可以再一次根据实际需要控制操作手柄。
具体的，所涉及传感器组包括温度传感器、盐度传感器和深度传感器，温度传感器、盐度传感器和深度传感器分别通过变送器连接水下控制器。根据不同传感器的不同功能，我们可以获取水下相关数据，在采集的数据异常时传递至液晶显示屏进行故障代码的显示。
具体的，所涉及双目视觉定位系统包括两组摄像头，摄像头采用日本CBC集团公司提供的Computar M0814。
具体的，所涉及推进器组包括至少一个水平推进器组和至少一个垂直推进器组，水平推进器组和垂直推进器组均包括推进器和驱动器，推进器通过驱动器连接水下控制器。
具体的，所涉及操作手柄包括水平操作手柄和升降操作手柄。
具体的，所涉及水下控制器采用意法半导体生产的STM32F103芯片。
具体的，所涉及母船控制器采用意法半导体生产的STM32F407芯片。
本发明的一种用于ROV水下机器人的控制系统与现有技术相比所产生的有益效果是：
1）本发明采用集成有陀螺仪的水下控制器和多个传感器的融合技术，通过闭环控制，实现ROV水下机器人平稳运行，提高了ROV水下机器人的可靠性，降低了能源消耗，节约了成本；同时，本发明通过双目视觉定位系统实现水下目标物的定位，进而控制机械手动作，提高了ROV水下机器人的操作精确性；
2）本发明通过多种传感器采集水下数据，在采集数据异常时传递至液晶显示屏进行故障代码的显示，实现了故障的智能化自诊断。
附图说明
附图1是本发明的结构连接框图；
附图2是本发明中水下控制部分的结构原理图；
附图3是本发明中母船控制部分的结构原理图。
附图中各标号信息表示：
A、水下控制部分，B、母船控制部分；
A1、水下控制器，A2、双目视觉定位系统，A3、传感器组，
A4、推进器组，A5、机械手；
B1、母船控制器，B2、操作手柄，B3、液晶显示屏；
1、温度传感器，2、盐度传感器，3、深度传感器，4、水平推进器，
5、垂直推进器，6、升降操作手柄，7、水平操作手柄。
具体实施方式
下面将参照说明书附图更详细的描述本公开的示例性实施例。虽然说明书附图显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的说明本发明，现结合具体实施例以及说明书附图对技术方案做进一步的说明。虽然实施例中记载了这些具体的实施方式，然其并非用以限定本发明，任何所述技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动和润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
如附图1所示，本发明提供一种用于ROV水下机器人的控制系统，包括水下控制部分A和母船控制部分B。
水下控制部分A包括水下控制器A1、双目视觉定位系统A2、传感器组A3、推进器组A4、机械手A5。水下控制器A1中集成有陀螺仪，水下控制器A1通过USB连接双目视觉定位系统A2，水下控制器A1的模拟量输入端与传感器组A3相连，水下控制器A1的PWM输出端与推进器组A4相连，水下控制器A1的IO输出端与机械手A5相连。双目视觉定位系统A2包括两组摄像头，摄像头采用日本CBC集团公司提供Computar M0814。传感器组A3包括温度传感器1、盐度传感器2和深度传感器3，温度传感器1、盐度传感器2和深度传感器3分别通过变送器连接水下控制器A1。推进器组A4包括两个水平推进器4组A4和两个垂直推进器5组A4，水平推进器4组A4又包括水平推进器4和驱动器，垂直推进器5组A4又包括垂直推进器5和驱动器，水平推进器4和垂直推进器5分别通过驱动器连接水下控制器A1。
母船控制部分B包括母船控制器B1、操作手柄B2和液晶显示屏B3，母船控制器B1的模拟量输入端与操作手柄B2相连，母船控制器B1的LCD接口与液晶显示屏B3相连。水下控制器A1和母船控制器B1之间通过CAN总线相连。
操作手柄B2包括水平操作手柄7和升降操作手柄6。
水下控制器A1采用意法半导体生产的STM32F103芯片。
母船控制器B1采用意法半导体生产的STM32F407芯片。
本发明的工作过程：工作人员通过操作手柄B2使ROV水下机器人下潜，传感器组A3和陀螺仪采集的信号实时传递至水下控制器A1，水下控制器A1根据接收的信号控制推进器组A4动作，进而保证ROV水下机器人运行的平稳性；在ROV水下机器人下潜至设定深度时，操作手柄B2依然控制ROV水下机器人运动，直至双目视觉定位系统A2找到目标物，随后，操作手柄B2失去对制ROV水下机器人的控制作用，双目视觉定位系统A2开始自主定位目标物，同时，水下控制器A1控制机械手A5进行相应动作。机械手A5完成后，水下控制器A1向母船控制器B1传递信号，操作手柄B2恢复控制功能，工作人员可以再一次根据实际需要控制操作手柄B2。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是，受益于上面的描述，本技术领域的技术人员应该明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其他实施例。
此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说，许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于，包括水下控制部分和母船控制部分；
所述水下控制部分包括水下控制器、双目视觉定位系统、传感器组、推进器组、机械手，所述水下控制器中集成有陀螺仪，所述水下控制器通过USB连接所述双目视觉定位系统，所述水下控制器的模拟量输入端与所述传感器组相连，所述水下控制器的PWM输出端与所述推进器组相连，所述水下控制器的IO输出端与所述机械手相连；
所述母船控制部分包括母船控制器、操作手柄和液晶显示屏，所述母船控制器的模拟量输入端与所述操作手柄相连，所述母船控制器的LCD接口与所述液晶显示屏相连；
所述水下控制器和所述母船控制器之间通过CAN总线相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于,所述传感器组包括温度传感器、盐度传感器和深度传感器，温度传感器、盐度传感器和深度传感器分别通过变送器连接所述水下控制器。
3.根据权利要求1所述的一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于,所述双目视觉定位系统包括两组摄像头，所述摄像头采用日本CBC集团公司提供的Computar M0814。
4.根据权利要求1所述的一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于,所述推进器组包括至少一个水平推进器组和至少一个垂直推进器组，所述水平推进器组和所述垂直推进器组均包括推进器和驱动器，所述推进器通过驱动器连接所述水下控制器。
5.根据权利要求1所述的一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于,所述操作手柄包括水平操作手柄和升降操作手柄。
6.根据权利要求1所述的一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于,所述水下控制器采用意法半导体生产的STM32F103芯片。
7.根据权利要求1所述的一种用于ROV水下机器人的控制系统，其特征在于,所述母船控制器采用意法半导体生产的STM32F407芯片。
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