CN109460070A - 一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，包括手持控制器、嵌入式处理器、直流电机；所述嵌入式处理器的输出端分别连接正向运动控制单元、反向运动控制单元，所述嵌入式处理器的输入端连接起停采集单元；所述正向运动控制单元通过连接第一接触器连接直流电机；所述反向运动控制单元通过连接第二接触器连接直流电机；所述手持控制器通过网桥连接摄像机云台的嵌入式处理器，所述手持控制器，用于采集用户的控制指令，并将采集的控制指令，通过网口发送至嵌入式处理器；电路结构简单，简化了电源转换结构，采用两个接触器切换实现了电机的正接和反接，从而实现了摄像机云台的正转和反转，从而实现摄像机云台的俯角和仰角变化。

Description

一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置

技术领域

本发明涉及水下摄像机技术领域，特别涉及一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置。

背景技术

目前现有技术的ROV(水下机器人)的摄像机云台控制系统主要包括步进电机控制系统、直流电机控制系统、交流电机控制系统、交流伺服电机控制系统、和其他电机控制系统等。其中交流电机控制系统、与交流伺服电机控制系统在ROV(水下机器人)电气控制系统的设计中，需要增加逆变电路系统，当考虑ROV到空间问题时，交流电机或交流伺服电机控制系统在ROV中体积庞大，占用水下机器人的电气控制空间，电路结构复杂。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，包括手持控制器、嵌入式处理器、直流电机；所述嵌入式处理器的输出端分别连接正向运动控制单元、反向运动控制单元，所述嵌入式处理器的输入端连接起停采集单元；所述正向运动控制单元通过连接第一接触器连接直流电机；所述反向运动控制单元通过连接第二接触器连接直流电机；

所述手持控制器通过网桥连接摄像机云台的嵌入式处理器，所述手持控制器，用于采集用户的控制指令，并将采集的控制指令，通过网口发送至嵌入式处理器；

所述嵌入式处理器的起停采集单元接收手持控制器发送的控制指令，并根据接收到的控制指令，转换为输出端的IO口控制信号，所述正向运动控制单元、反向运动控制单元、根据所连接的IO口控制信号的电平变化，控制直流电机正转启停和反转启停。

优选的，所述起停采集单元包括采样电阻和采样光耦；所述采样电阻的一端连接网口，所述采样电阻的另一端连接采样光耦的输入端，所述采样光耦的输出端连接嵌入式处理器的输入端。

在上述任一方案中优选的是，所述手持控制器上设有至少三个控制按钮，三个所述控制按钮包括正传启动、反转启动和停止。

在上述任一方案中优选的是，所述第一接触器的动触点连接+24V电压源，所述第一接触器的静触点接地。

在上述任一方案中优选的是，所述第二接触器的动触点连接接地，所述第一接触器的静触点+24V电压源。

在上述任一方案中优选的是，所述直流电机的一个输入端连接第一接触器的输出端，另一个输入端连接第二接触器的输出端。

在上述任一方案中优选的是，还包括电源转换电路，所述电源转换电路包括升压芯片，所述升压芯片用于将输入电压升压至+24V。

根据本发明实施例提供的一种水下有缆机器人摄像机云台控制装置，相比于现有的云台控制装置，至少具有以下优点：

1、采用直线电机在电气控制系统中，有着简单、成本低的主要特点。

2、电路结构简单，简化了电源转换结构，采用两个接触器切换实现了电机的正接和反接，实现了摄像机云台的正转和反转，从而实现摄像机云台的俯角和仰角变化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明背景技术中的水下摄像机的控制示意图；

图2为本发明实施例提供的一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置的控制原理图；

图3为本发明实施例提供的一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置的嵌入式处理器的芯片原理图；

图4为本发明实施例提供的一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置的以太网的电路原理图；

图5为本发明实施例提供的一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置的电源转换电路原理图；

图中：

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-4所示，本发明实施例的一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，包括手持控制器、嵌入式处理器、直流电机；所述嵌入式处理器的输出端分别连接正向运动控制单元、反向运动控制单元，所述嵌入式处理器的输入端连接起停采集单元；所述正向运动控制单元通过连接第一接触器连接直流电机；所述反向运动控制单元通过连接第二接触器连接直流电机；

所述手持控制器通过网桥连接摄像机云台的嵌入式处理器，所述手持控制器，用于采集用户的控制指令，并将采集的控制指令，通过网口发送至嵌入式处理器；

所述嵌入式处理器的起停采集单元接收手持控制器发送的控制指令，并根据接收到的控制指令，转换为输出端的IO口控制信号，所述正向运动控制单元、反向运动控制单元、根据所连接的IO口控制信号的电平变化，控制直流电机正转启停和反转启停。

如图3所示，所述起停采集单元包括采样电阻和采样光耦；所述采样电阻的一端连接网口，所述采样电阻的另一端连接采样光耦的输入端，所述采样光耦的输出端连接嵌入式处理器的输入端。所述手持控制器上设有至少三个控制按钮，三个所述控制按钮包括正传启动、反转启动和停止。所述第一接触器的动触点连接+24V电压源，所述第一接触器的静触点接地。所述第二接触器的动触点连接接地，所述第一接触器的静触点+24V电压源。

如图5所示，所述直流电机的一个输入端连接第一接触器的输出端，另一个输入端连接第二接触器的输出端。还包括电源转换电路，所述电源转换电路包括升压芯片，所述升压芯片用于将输入电压升压至+24V。

本发明的一个实施例中，嵌入式处理器采用FPGA芯片，此时FPGA通过光耦检测网口传输的状态信号，检测电路设计为3组光耦同时采集。

若检测状态为正转启动状态。FPGA驱动K1继电器，此时K1继电器吸合，控制+通过K1继电器触点连接至设备电正极。K2不被驱动，控制-通过K2继电器触点连接设备电负极；电机开始正转直至FPGA检测到停止信号后，停止驱动继电器K1。此时K1触点恢复常态，控制+通过继电器触点接设备电负极。

若检测状态为反转启动状态。FPGA驱动K2继电器，此时K2继电器吸合，控制-通过K2继电器触点连接至设备电正极。K1不被驱动，控制+通过K1继电器触点连接设备电负极，电机开始反转直至FPGA检测到停止信号后，停止驱动继电器K2。此时K2触点恢复常态，控制-通过继电器触点接设备电负极。

为抑制电机正转与翻转停止或切换时回路中的反冲现象，特在控制正负之间假设阻容消峰设计，回路中出现反冲现象时可通过电阻为电容的充放电过程消除波峰

控制云台的电动机启动时，必须先确保在电动机内部有一定的磁场，之后在电动机的两端施加一定的直流电压，当忽略电驱电感时，电区内部存在一定的电流，在刚启动时，转速n＝0，E＝0，电动机的电区绕组的电阻r很小，当直接给定额定电压时，I可能瞬间增大到额定的电流的很多倍，为了避免运行控制装置中的电动机换向装置的出现问题，产生强烈的电火花，在本发明中限制电动机的电流，通过减压的算法来实现本系统的正常运行状态。

在现有的ROV的摄相机装置中，采用了直流电机控制技术为基础的方法。其基本原理是基于控制云台电机搭载相关的减速机可完成不同运行方向的控制思想,最重要的是控制云台在制动时采用了反接制动方式，由于运行的控制云台在位能负载的状态是可以利用转速方向的方法，在本方案中采用了转速反向反接的制动特性曲线可以得知，正向揭发的电动状态的人为机械特性有趋势于第四象限，反转的电动状态的人为的机械特性在第二象限的延长，关键是得到了反向转矩。

在ROV水下摄像机云台控制系统中，目的是使控制电机在运动的过程中(如启动、制动、反转、正传、负载突变)，由一个稳定的工作状态过度到另外一个稳定的状态，由于这两个稳定的工作状态的转速、转矩、及其功率的数值是不一样的。因此，本发明采用了电扭串固定电阻的启动方法。此公式为di/dt+I/T＝Iz/Tm.控制电机运行的算法主要是基于嵌入式系统，本发明采用的DSP嵌入式系统来实现的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，包括手持控制器、嵌入式处理器、直流电机；其特征在于，所述嵌入式处理器的输出端分别连接正向运动控制单元、反向运动控制单元，所述嵌入式处理器的输入端连接起停采集单元；所述正向运动控制单元通过连接第一接触器连接直流电机；所述反向运动控制单元通过连接第二接触器连接直流电机；

所述手持控制器通过网桥连接摄像机云台的嵌入式处理器，所述手持控制器，用于采集用户的控制指令，并将采集的控制指令，通过网口发送至嵌入式处理器；

所述嵌入式处理器的起停采集单元接收手持控制器发送的控制指令，并根据接收到的控制指令，转换为输出端的IO口控制信号，所述正向运动控制单元、反向运动控制单元、根据所连接的IO口控制信号的电平变化，控制直流电机正转启停和反转启停。

2.根据权利要求1所述的水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，其特征在于，所述起停采集单元包括采样电阻和采样光耦；所述采样电阻的一端连接网口，所述采样电阻的另一端连接采样光耦的输入端，所述采样光耦的输出端连接嵌入式处理器的输入端。

3.根据权利要求1所述的水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，其特征在于，所述手持控制器上设有至少三个控制按钮，三个所述控制按钮包括正传启动、反转启动和停止。

4.根据权利要求1所述的水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，其特征在于，所述第一接触器的动触点连接+24V电压源，所述第一接触器的静触点接地。

5.根据权利要求1所述的水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，其特征在于，所述第二接触器的动触点连接接地，所述第一接触器的静触点+24V电压源。

6.根据权利要求1所述的水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，其特征在于，所述直流电机的一个输入端连接第一接触器的输出端，另一个输入端连接第二接触器的输出端。

7.根据权利要求1所述的水下有缆机器人的摄像机云台控制装置，其特征在于，还包括电源转换电路，所述电源转换电路包括升压芯片，所述升压芯片用于将输入电压升压至+24V。