CN109189096A - 基于传感网络的水下机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于传感网络的水下机器人控制系统，包括距离测量模块和主控模块，两者通过CAN总线连接，所述距离测量模块由下述部分组成：超声波换能器。本发明距离测量模块、主控模块、超声波换能器、超声波驱动电路和数据采集系统，将具有时效性的方位数据与神经网络的避障模型相结合，建立精密的超声波测距模块和主控模块设计，来完善水下机器人的外界障碍的识别能力，提高水下机器人避障性能，确保水下机器人顺利完成任务，具有一定的高效性和实用性，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

Description

基于传感网络的水下机器人控制系统

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体为基于传感网络的水下机器人控制系统。

背景技术

近几年，随着海洋产业研究和开发的不断深入，许多国家已经认识到了海洋资源的宝贵性，水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人，水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已经成为人类探索和开发海洋的主要智能工具，针对复杂多变的水下作业，传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失，在复杂多变的水下作业环境中，如何提高机器人的避障性能，已经成为水下机器人研究的热点问题，受到了很多专家重视，现阶段，主要有基于图像识别的水下机器人避障系统、基于改进运动平衡点的水下机器人避障系统，基于传感器信息的水下机器人避障系统，其中基于网络模糊控制的水下机器人避障系统研究被人类广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供基于传感网络的水下机器人控制系统，具备水下操作时可全程360°视野扫描的优点，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于传感网络的水下机器人控制系统，包括距离测量模块和主控模块，两者通过CAN总线连接，所述距离测量模块由下述部分组成：超声波换能器、超声波驱动电路与数据采集系统，所述控制器主控模块以S3C2410为基础芯片。

优选的，所述超声波测距系统内的换能器驱动电路主要是捕捉与采集回波信号，水下机器人前后，左右各安装两个和10个超声波传感器。

优选的，所述主控模块由S3C2410外接存储芯片组成，且S3C2410为单片机。

优选的，所述超声波换能器选择工作频率为20KHZ的TCT16K25T超声波作为水下的通信载体。

优选的，所述主控模块的外围电路包含两个二阶的４阶滤波器芯片构成滤波电路，通过R2和R4以及中心频率共同作用，合理调节整个滤波器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过设置距离测量模块、主控模块、超声波换能器、超声波驱动电路和数据采集系统，将具有时效性的方位数据与神经网络的避障模型相结合，建立精密的超声波测距模块和主控模块设计，来完善水下机器人的外界障碍的识别能力，提高水下机器人避障性能，确保水下机器人顺利完成任务，具有一定的高效性和实用性，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

附图说明

图1为本发明超声波测距模块逻辑图；

图2为本发明超声波信号电路图；

图3为本发明主控模块设计图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，基于传感网络的水下机器人控制系统，包括距离测量模块和主控模块，主控模块由S3C2410外接存储芯片组成，且S3C2410为单片机，以S3C2410为主的控制模块的存储空间满足了机器人在水下作业时，周围环境复杂多变，传感器网络采集的信息量较大的问题，主控模块的外围电路包含两个二阶的４阶滤波器芯片构成滤波电路，通过R2和R4以及中心频率共同作用，合理调节整个滤波器，当输入电压为恒定值时，交流电变成直流电，通过输入恒值电压来确保逆变器的正常功率输出，两者通过CAN总线连接，距离测量模块由下述部分组成：超声波换能器、超声波驱动电路与数据采集系统，超声波测距系统内的换能器驱动电路主要是捕捉与采集回波信号，水下机器人前后，左右各安装两个和10个超声波传感器，按上述方法对水下机器人进行超声波传感器安装，收集传感器发出的信号信息，对信号信息进行实时处理，确定相关障碍物的基本方位与距离，实现360°全面探测的效果，超声波换能器选择工作频率为20KHZ的TCT16K25T超声波作为水下的通信载体，该超声波传感器具有时效快、功效快等特点，能快速、全能量在水中高效传播，将上述超声波传感器作用于水下机器人装备，能够精确处理水下障碍物、水中雾气、光线等客观因素，极大程度上提高了水下机器人避障系统功能，控制器主控模块以S3C2410为基础芯片，通过设置距离测量模块、主控模块、超声波换能器、超声波驱动电路和数据采集系统，将具有时效性的方位数据与神经网络的避障模型相结合，建立精密的超声波测距模块和主控模块设计，来完善水下机器人的外界障碍的识别能力，提高水下机器人避障性能，确保水下机器人顺利完成任务，具有一定的高效性和实用性，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

实施例一：

基于传感网络的水下机器人控制系统，包括距离测量模块和主控模块，主控模块由S3C2410外接存储芯片组成，且S3C2410为单片机，以S3C2410为主的控制模块的存储空间满足了机器人在水下作业时，周围环境复杂多变，传感器网络采集的信息量较大的问题，主控模块的外围电路包含两个二阶的４阶滤波器芯片构成滤波电路，通过R2和R4以及中心频率共同作用，合理调节整个滤波器，当输入电压为恒定值时，交流电变成直流电，通过输入恒值电压来确保逆变器的正常功率输出，两者通过CAN总线连接，距离测量模块由下述部分组成：超声波换能器、超声波驱动电路与数据采集系统，超声波测距系统内的换能器驱动电路主要是捕捉与采集回波信号，水下机器人前后，左右各安装两个和10个超声波传感器，按上述方法对水下机器人进行超声波传感器安装，收集传感器发出的信号信息，对信号信息进行实时处理，确定相关障碍物的基本方位与距离，实现360°全面探测的效果，超声波换能器选择工作频率为20KHZ的TCT16K25T超声波作为水下的通信载体，该超声波传感器具有时效快、功效快等特点，能快速、全能量在水中高效传播，将上述超声波传感器作用于水下机器人装备，能够精确处理水下障碍物、水中雾气、光线等客观因素，极大程度上提高了水下机器人避障系统功能，控制器主控模块以S3C2410为基础芯片，通过设置距离测量模块、主控模块、超声波换能器、超声波驱动电路和数据采集系统，将具有时效性的方位数据与神经网络的避障模型相结合，建立精密的超声波测距模块和主控模块设计，来完善水下机器人的外界障碍的识别能力，提高水下机器人避障性能，确保水下机器人顺利完成任务，具有一定的高效性和实用性，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

本技术方案将距离测量模块和主控模块相结合，水下机器人虽属于智能化工具，但由于自身外形规模较大，存在先天的劣势，在水下操作过程中机器人接触传感器无法实现全程360°视野扫描，将在水下机器人前后，左右各安装两个和10个超声波传感器，收集传感器发出的信号信息，对信号信息进行实时处理，确定相关障碍物的基本方位与距离，当安装在水下机器人相邻的两个传感器设备同时发出感应信号且距离较小，则视为水下机器人周围有一个障碍物存在，当安装在水下机器人相邻的两个传感器设备在不同时刻发出感应信号，则视为水下机器人周围有两个障碍物存在，通过水下机器人在实际作业中，每个传感器在各个方向上所产生的感应信号，来判断障碍物距水下机器人的具体方位。

实施例二：

基于传感网络的水下机器人控制系统，包括距离测量模块和主控模块，主控模块由S3C2410外接存储芯片组成，且S3C2410为单片机，以S3C2410为主的控制模块的存储空间满足了机器人在水下作业时，周围环境复杂多变，传感器网络采集的信息量较大的问题，主控模块的外围电路包含两个二阶的４阶滤波器芯片构成滤波电路，通过R2和R4以及中心频率共同作用，合理调节整个滤波器，当输入电压为恒定值时，交流电变成直流电，通过输入恒值电压来确保逆变器的正常功率输出，两者通过CAN总线连接，距离测量模块由下述部分组成：超声波换能器、超声波驱动电路与数据采集系统，超声波测距系统内的换能器驱动电路主要是捕捉与采集回波信号，水下机器人前后，左右各安装两个和10个超声波传感器，按上述方法对水下机器人进行超声波传感器安装，收集传感器发出的信号信息，对信号信息进行实时处理，确定相关障碍物的基本方位与距离，实现360°全面探测的效果，超声波换能器选择工作频率为20KHZ的TCT16K25T超声波作为水下的通信载体，该超声波传感器具有时效快、功效快等特点，能快速、全能量在水中高效传播，将上述超声波传感器作用于水下机器人装备，能够精确处理水下障碍物、水中雾气、光线等客观因素，极大程度上提高了水下机器人避障系统功能，控制器主控模块以S3C2410为基础芯片，通过设置距离测量模块、主控模块、超声波换能器、超声波驱动电路和数据采集系统，将具有时效性的方位数据与神经网络的避障模型相结合，建立精密的超声波测距模块和主控模块设计，来完善水下机器人的外界障碍的识别能力，提高水下机器人避障性能，确保水下机器人顺利完成任务，具有一定的高效性和实用性，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

本技术方案将距离测量模块和主控模块相结合，水下机器人虽属于智能化工具，但由于自身外形规模较大，存在先天的劣势，在水下操作过程中机器人接触传感器无法实现全程360°视野扫描，使超声波传感器具有时效快、功效快等特点，能快速、全能量在水中高效传播，将上述超声波传感器作用于水下机器人装备，能够精确处理水下障碍物、水中雾气、光线等客观因素，极大程度上提高了水下机器人避障系统功能。

使用时，通过设置距离测量模块、主控模块、超声波换能器、超声波驱动电路和数据采集系统，将具有时效性的方位数据与神经网络的避障模型相结合，建立精密的超声波测距模块和主控模块设计，来完善水下机器人的外界障碍的识别能力，提高水下机器人避障性能，确保水下机器人顺利完成任务，具有一定的高效性和实用性，解决了传统的水下机器人避障系统研究具有一定的局限性，在转弯或后退过程中，存在一定的视觉盲区，无法精确测量出机器人与障碍物的精确距离，发生一定的碰撞，造成严重的经济损失的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于传感网络的水下机器人控制系统，包括距离测量模块和主控模块，其特征在于：两者通过CAN总线连接，所述距离测量模块由下述部分组成：超声波换能器、超声波驱动电路与数据采集系统，所述控制器主控模块以S3C2410为基础芯片。

2.根据权利要求1所述的基于传感网络的水下机器人控制系统，其特征在于：所述超声波测距系统内的换能器驱动电路主要是捕捉与采集回波信号，水下机器人前后，左右各安装两个和10个超声波传感器。

3.根据权利要求1所述的基于传感网络的水下机器人控制系统，其特征在于：所述主控模块由S3C2410外接存储芯片组成，且S3C2410为单片机。

4.根据权利要求1所述的基于传感网络的水下机器人控制系统，其特征在于：所述超声波换能器选择工作频率为20KHZ的TCT16K25T超声波作为水下的通信载体。

5.根据权利要求1所述的基于传感网络的水下机器人控制系统，其特征在于：所述主控模块的外围电路包含两个二阶的４阶滤波器芯片构成滤波电路，通过R2和R4以及中心频率共同作用，合理调节整个滤波器。