CN114248891A - 一种水下机器人、控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下机器人、控制系统及方法，涉及水下机器人技术领域。本发明包括上承重板和下承重板，顶部浮力块盖板和下承重板的两侧均通过侧边承重板固定连接；装配腔体内安装有开关电源密封舱；下承重板的表面的四个端角均安装有水平推进器；上承重板的表面的四个端角均安装有倾斜推进器；矩形槽内转配有电子密封舱；电子密封舱内部的的内部安装有主控板、前端安装有摄像头，两个侧边承重板的一侧均安装有探照灯。本发明通过的控制系统，能够远程遥控水下机器人进行下潜，并且能够对水下机器人的下潜深度进行精准控制，能够保证水下机器人自身稳定性更高，避免水下机器人在水中产生侧翻角度偏转等问题。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，特别是涉及一种水下机器人、控制系统及方法。
背景技术
桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物，但由于桥梁构建于江河湖海上，桥梁的部分需深入水底，而深入水底的这部分桥梁结构在桥梁进行检修时无法进行观察，所以需要使用到水下机器人对深入水中的桥梁部分进行影像拍摄，进而观察水中的桥梁进行检查，但是现有的水下机器人的控制系统在对水下机器人控制时水下机器人的下潜深度控制不够精细，且无法保证水下机器人在水中时始终保持自身的稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下机器人、控制系统及方法，以解决现有的问题：现有的水下机器人的控制系统在对水下机器人控制时水下机器人的下潜深度控制不够精细，且无法保证水下机器人在水中时始终保持自身的稳定。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种水下机器人，包括：
上承重板和下承重板，所述顶部浮力块盖板和下承重板的两侧均通过侧边承重板固定连接；
所述上承重板、下承重板以及侧边承重板装配围合出一装配腔体；
所述装配腔体内安装有开关电源密封舱；
所述装配腔体内还安装有两个底部浮力块，且两个所述底部浮力块分别装配在所述开关电源密封舱的两侧；
所述下承重板的表面的四个端角均安装有水平推进器；
且所述上承重板的表面的四个端角均安装有倾斜推进器；
所述上承重板内还有一矩形槽，所述矩形槽内转配有电子密封舱；
所述电子密封舱内部的的内部安装有主控板、前端安装有摄像头，且所述电子密封舱的前端为一透明材质；
两个所述侧边承重板的一侧均安装有探照灯。
一种水下机器人的运动控制系统，水上模块和水下模块，所述水下模块即为上述的一种水下机器人；
所述水上模块包括上位机和无线手柄；
所述上位机上集成有与水下模块数据连接的上位机载波板，用于获取水下机器人的摄像头采集的图像；
所述无线手柄上集成有无线解算模块和手柄TTL-485模块，所述无线解算模块用于将手柄的控制电信号转换为无线信号，并经由所述手柄TTL-485模块与水下模块进行无线数据连接，以传达所述无线手柄的控制信号；
所述水下机器人还包括有机器人载波板、机器人TTL-485模块、深度计、陀螺仪和电调模块；
所述机器人载波板与上位机载波板数据连接，用于将摄像头采集到的信号传输给上位机；
所述主控板通过机器人TTL-485模块与手柄TTL-485，用于接收控制信号；
所述深度计和陀螺仪与主控板连接，用于检测机器人的所处深度以及机器人的空间姿态，并经由所述机器人TTL-485传输给无线手柄；
所述电调模块与主控板、水平推进器和倾斜推进器连接，用于根据所述无线手柄的控制信号控制水平推进器和倾斜推进器工作，进而控制所述水下机器人的运动
一种水下机器人的运动控制方法，包括以下步骤：
S1：开机启动，将水下机器人放入水中；
S2：通过无线遥控手柄发送遥控指令；
S3：第二TTL-485模块电路接收遥控指令，并将指令传输至主控板，并判定是否下潜；
S4：若可下潜，则通过电子调速器控制推进器运作，控制水下机器人下潜；
S5：若无法下潜，则赋予电机PWM初始值，并通过陀螺仪判定姿态角是否有偏差；
S6：若有偏差，通过自稳PID控制，调节姿态角至无偏差，并通过深度计判断深度偏差是否＞0；
S7：若无偏差，则直接通过深度计判断深度偏差是否＞0；
S8：若深度偏差＞0则进行定深PID控制；
S9：若深度偏差不大于0则直接控制推进器运转。
进一步地，所述定深PID控制，包括以下步骤：
S1：无线遥控手柄摇杆是否在中位；
S2：当无线遥控手柄摇杆不在中位，将期望深度值重置为0，并结束定深运算；
S3：当无线遥控手柄摇杆在中位，测得期望深度值是否为0；
S4：当期望深度值不为0，则计算期望值与测量值偏差；
S5：当期望深度值为0，测量期望深度是否超限；
S6：当期望深度未超限，则锁定当前深度值，并计算期望值与测量值偏差；
S7：当期望深度超限，则将期望深度值重置为，并计算期望值与测量值偏差；
S8：当期望值与测量值偏差计算完成后，通过PID几圈油门值；
S9：将油门值修正为正值；
S10：结束定深运算。
本发明具有以下有益效果：
本发明具体设置了水下机器人的结构，结构易于装配和制造，可满足水下的快速升降驱动和转向，可方便水下拍摄等；
本发明通过对系统的设计，使得本控制系统能够远程遥控水下机器人进行下潜，并且能够对水下机器人的下潜深度进行精准控制，能够保证水下机器人自身稳定性更高，避免水下机器人在水中产生侧翻角度偏转等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种水下机器人的结构展开示意图；
图2为本发明一种水下机器人的运动控制系统流程图；
图3为本发明一种水下机器人的运动控制方法流程图；
图4为本发明一种水下机器人的运动控制方法的定深PID控制流程图。 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、上承重板；2、下承重板；3、侧边承重板；4、开关电源密封舱；5、底部浮力块；6、水平推进器；7、倾斜推进器；8、电子密封舱；9、探照灯。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1，本发明的一种水下机器人包括有：
上承重板1和下承重板2，所述顶部浮力块盖板1和下承重板2的两侧均通过侧边承重板3固定连接；
所述上承重板1、下承重板2以及侧边承重板3装配围合出一装配腔体；
所述装配腔体内安装有开关电源密封舱4；
所述装配腔体内还安装有两个底部浮力块5，且两个所述底部浮力块5分别装配在所述开关电源密封舱4的两侧；
所述下承重板2的表面的四个端角均安装有水平推进器6；
且所述上承重板1的表面的四个端角均安装有倾斜推进器7；
所述上承重板1内还有一矩形槽，所述矩形槽内转配有电子密封舱8；
所述电子密封舱8内部的的内部安装有主控板、前端安装有摄像头，且所述电子密封舱8的前端为一透明材质；
两个所述侧边承重板3的一侧均安装有探照灯9。
具体的，底部浮力块5为中空结构，其内部填充有空气，用于为装置产生浮力。在底部浮力块5和装置重量的作用下，保证产品在水中的浮力与重力接近于相等，由于可以为装置在水中的上浮和下潜节省动力。
另外，倾斜推进器7用于为机器人提供上浮和下潜的动力，其动力方向为：左上（下）前、左上（下）后、右上（下）前、右上（下）后；水平推进器6用于转向，其动力方向为左前、左后、右前、右后；通过四个螺旋桨的配合，可以完成前后左右的移动。
可以理解的是，电子密封舱8的内部前端安装有摄像头，为了保证摄像头拍摄的清晰度，电子密封舱8的前端为一透明材质，如透明玻璃、透明树脂等，为了保证拍摄角度不受限制，电子密封舱8的前端为半球形状。
实施例2：
请参阅图2，本发明的水下机器人的运动控制系统包括有：
水上模块和水下模块；
具体的水上模块包括有：上位机和无线手柄；
上位机上集成有与水下模块数据连接的上位机载波板，以获取水下机器人的摄像头采集的图像；
无线手柄上集成有无线解算模块和手柄TTL-485模块，无线解算模块用于将手柄的控制电信号转换为无线信号，并经由手柄TTL-485模块与水下模块进行无线数据连接，以传达手柄的控制信号；
水下模块即为上述实施例1的水下机器人；
水下机器人包括有：
摄像头8，以及机器人载波板，机器人载波板与上位机载波板数据连接，将摄像头8采集到的信号传输给上位机；
水下机器人还包括有：主控板以及机器人TTL-485模块，主控板通过机器人TTL-485模块与手柄TTL-485连接，接收控制信号；
水下机器人还包括有：与主控板连接的深度计和陀螺仪，用于检测机器人的所处深度以及机器人的空间姿态，并经由机器人TTL-485传输给无线手柄；
水下机器人还包括有：与主控板连接的电调模块，电调模块还与水平推进器6和倾斜推进器7连接，用于根据无线手柄的控制信号控制水平推进器6和倾斜推进器7工作，进而控制水下机器人的运动。
实施例3：
请参阅图3所示，一种水下机器人的运动控制方法：
包括以下步骤：
第一步：开机启动水下机器人，并将水下机器人放入水中，水下机器人在水面篇幅；
第二步：之后通过无线遥控手柄向水下机器人的水下模组发送遥控指令；
第三步：遥控指令从第二TTL-485模块电路发出，并由第二TTL-485模块电路接收遥控指令，并将指令传输至主控板，判定水下机器人是否下潜；
第四步：若判定水下机器人可下潜，则通过电子调速器控制推进器运作，控制水下机器人下潜；
第五步：若判定水下机器人无法下潜，则赋予电机PWM初始值，并通过陀螺仪判定姿态角是否有偏差；
第六步：若姿态角有偏差，通过自稳PID控制，调节姿态角至无偏差，并通过深度计判断深度偏差是否＞0；
第七步：若姿态角无偏差，则直接通过深度计判断深度偏差是否＞0；
第八步：若深度偏差＞0则进行定深PID控制；
第九步：若深度偏差不大于0则直接控制推进器运转。
请参阅图4所示，定深PID控制，包括以下步骤：
第一步：观察无线遥控手柄摇杆是否在中位；
第二步：当无线遥控手柄摇杆不在中位时，将期望深度值重置为0，并结束定深运算；
第三步：当无线遥控手柄摇杆在中位时，测得期望深度值是否为0；
第四步：当期望深度值不为0时，则计算期望值与测量值偏差；
第五步：当期望深度值为0时，测量期望深度是否超限；
第六步：当期望深度未超限，则锁定当前深度值，并计算期望值与测量值偏差；
第七步：当期望深度超限，则将期望深度值重置为，并计算期望值与测量值偏差；
第八步：当期望值与测量值偏差计算完成后，通过PID几圈油门值；
第九步：将油门值修正为正值；
第十步：结束定深运算。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种水下机器人，其特征在于：包括：
上承重板（1）和下承重板（2），所述顶部浮力块盖板（1）和下承重板（2）的两侧均通过侧边承重板（3）固定连接；
所述上承重板（1）、下承重板（2）以及侧边承重板（3）装配围合出一装配腔体；
所述装配腔体内安装有开关电源密封舱（4）；
所述装配腔体内还安装有两个底部浮力块（5），且两个所述底部浮力块（5）分别装配在所述开关电源密封舱（4）的两侧；
所述下承重板（2）的表面的四个端角均安装有水平推进器（6）；
且所述上承重板（1）的表面的四个端角均安装有倾斜推进器（7）；
所述上承重板（1）内还有一矩形槽，所述矩形槽内转配有电子密封舱（8）；
所述电子密封舱（8）内部的的内部安装有主控板、前端安装有摄像头，且所述电子密封舱（8）的前端为一透明材质；
两个所述侧边承重板（3）的一侧均安装有探照灯（9）。
2.一种水下机器人的运动控制系统，其特征在于：包括水上模块和水下模块，所述水下模块即为权利要求1所述的一种水下机器人；
所述水上模块包括上位机和无线手柄；
所述上位机上集成有与水下模块数据连接的上位机载波板，用于获取水下机器人的摄像头采集的图像；
所述无线手柄上集成有无线解算模块和手柄TTL-485模块，所述无线解算模块用于将手柄的控制电信号转换为无线信号，并经由所述手柄TTL-485模块与水下模块进行无线数据连接，以传达所述无线手柄的控制信号；
所述水下机器人还包括有机器人载波板、机器人TTL-485模块、深度计、陀螺仪和电调模块；
所述机器人载波板与上位机载波板数据连接，用于将摄像头采集到的信号传输给上位机；
所述主控板通过机器人TTL-485模块与手柄TTL-485，用于接收控制信号；
所述深度计和陀螺仪与主控板连接，用于检测机器人的所处深度以及机器人的空间姿态，并经由所述机器人TTL-485传输给无线手柄；
所述电调模块与主控板、水平推进器（6）和倾斜推进器（7）连接，用于根据所述无线手柄的控制信号控制水平推进器（6）和倾斜推进器（7）工作，进而控制所述水下机器人的运动。
3.一种水下机器人的运动控制方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S1：开机启动，将水下机器人放入水中；
S2：通过无线遥控手柄发送遥控指令；
S3：第二TTL-485模块电路接收遥控指令，并将指令传输至主控板，并判定是否下潜；
S4：若可下潜，则通过电子调速器控制推进器运作，控制水下机器人下潜；
S5：若无法下潜，则赋予电机PWM初始值，并通过陀螺仪判定姿态角是否有偏差；
S6：若有偏差，通过自稳PID控制，调节姿态角至无偏差，并通过深度计判断深度偏差是否＞0；
S7：若无偏差，则直接通过深度计判断深度偏差是否＞0；
S8：若深度偏差＞0则进行定深PID控制；
S9：若深度偏差不大于0则直接控制推进器运转。
4.根据权利要求3所述的一种水下机器人的运动控制方法，其特征在于：所述定深PID控制，包括以下步骤：
S1：无线遥控手柄摇杆是否在中位；
S2：当无线遥控手柄摇杆不在中位，将期望深度值重置为0，并结束定深运算；
S3：当无线遥控手柄摇杆在中位，测得期望深度值是否为0；
S4：当期望深度值不为0，则计算期望值与测量值偏差；
S5：当期望深度值为0，测量期望深度是否超限；
S6：当期望深度未超限，则锁定当前深度值，并计算期望值与测量值偏差；
S7：当期望深度超限，则将期望深度值重置为，并计算期望值与测量值偏差；
S8：当期望值与测量值偏差计算完成后，通过PID几圈油门值；
S9：将油门值修正为正值；
S10：结束定深运算。
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