一種模塊化的rov控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種深海作業(yè)型的模塊化的ROV控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著陸地上不可再生資源的日益減少，海洋資源的開發(fā)利用對(duì)人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)作用越趨明顯。石油、天然氣等海洋資源的開發(fā)從近海延伸到深海，水下機(jī)器人因其安全、高效、作業(yè)深度大、能在水下長(zhǎng)時(shí)間工作而日益成為開發(fā)海洋資源的重要工具，尤其是深海探測(cè)和深海作業(yè)型ROV成為世界各國(guó)研宄的熱點(diǎn)。深海作業(yè)型ROV因其經(jīng)濟(jì)性好、下水出水靈活性高、環(huán)境適應(yīng)性好、作業(yè)效率高、使用有效等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展。
[0003]深海作業(yè)型ROV因其工作環(huán)境復(fù)雜多變，其運(yùn)動(dòng)方程的交叉耦合性、非線性和時(shí)變性等非常嚴(yán)重，決定了其控制難度大，因此控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞就決定了 ROV性能的優(yōu)劣。
[0004]目前深海作業(yè)型ROV技術(shù)的不足之處主要在于:
[0005]第一，目前的水下機(jī)器人控制系統(tǒng)多采用集中式控制方式，由主控計(jì)算機(jī)集中采集狀態(tài)信息，包括采集的電壓與電流信息，設(shè)備的開關(guān)信號(hào)信息，還有串口數(shù)據(jù)信息等，都需要統(tǒng)一打包發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析決斷處理之后產(chǎn)生的各種控制信號(hào)，再由輔助電路進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理之后驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)各種控制功能。這種方法控制功能比較集中，實(shí)現(xiàn)容易，但是對(duì)上層處理器要求比較高，當(dāng)任務(wù)增加時(shí)控制器的效率和可靠性急劇下降，高度集中會(huì)因?yàn)榫植康男栴}造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，從而使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性降低。采用集中式控制方式還會(huì)使得系統(tǒng)的可擴(kuò)展性變差，因?yàn)橛布蹇ㄙY源有限，而且水密電纜的芯數(shù)一旦確定，就不能隨意更改，這就使得系統(tǒng)不能隨意的更改設(shè)備和傳感器的個(gè)數(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)幾乎沒有可升級(jí)的能力。隨著海底作業(yè)難度的不斷加大，完成的使命日趨復(fù)雜，水下機(jī)器人需要搭載的傳感器和各種裝置會(huì)越來越多，傳統(tǒng)的集中式控制方式將無法滿足控制系統(tǒng)的要求。
[0006]第二，由于水下機(jī)器人目前尚未全面進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，傳統(tǒng)上科研機(jī)構(gòu)容易忽視一線開發(fā)人員的實(shí)際困難，只以實(shí)現(xiàn)功能為目標(biāo)，而不考慮開發(fā)的工作方式和人力成本，就以作業(yè)型ROV的軟件控制系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式不僅在開發(fā)效率上很難滿足要求，而且開發(fā)出的軟件系統(tǒng)不具有可移植性，系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)困難，更難以隨工作任務(wù)的改變而靈活地進(jìn)行組合和配置。所以對(duì)水下機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作量較為龐大，目前還沒有一種對(duì)水下機(jī)器人控制系統(tǒng)普遍適用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法現(xiàn)實(shí)，目前的情況是:一旦對(duì)水下機(jī)器人控制系統(tǒng)有新的要求，水下機(jī)器的控制系統(tǒng)就要重新設(shè)計(jì)，由此造成了大量的重復(fù)性工作。急需一種功能模塊化的設(shè)計(jì)，組裝方便簡(jiǎn)單，可互換性強(qiáng)的控制系統(tǒng)，從而減少控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量。
[0007]第三，專利“一種分布式水下機(jī)器人控制系統(tǒng)(CN1622062) ”，雖然也是用分布式控制方式，但是其每個(gè)分部系統(tǒng)不可以任意訪問系統(tǒng)中其它分布系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，即系統(tǒng)間數(shù)據(jù)不可以實(shí)時(shí)可靠地共享和傳遞，那么各分部系統(tǒng)就不能高效的快速的進(jìn)行協(xié)同工作。還有就是其內(nèi)部通信系統(tǒng)使用RS-485總線方式進(jìn)行通信。由于RS-485只存在一個(gè)沒有硬件通信協(xié)議的物理層，其通信協(xié)議完全仰賴軟件的支持，這就增加了系統(tǒng)通信軟件的負(fù)擔(dān)；而且RS-485總線一般以單主機(jī)的工作方式設(shè)計(jì)，若令其工作在多主方式，則其通信的可靠性反比于通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷量。特別是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)工作在多種通信模式下時(shí)，通信的失誤率與重發(fā)率將隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量的增長(zhǎng)而成倍增長(zhǎng)，最終可能導(dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高、實(shí)時(shí)性好的模塊化的ROV控制系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種模塊化的ROV控制系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器、姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、推進(jìn)器控制系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)、水下燈光控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、水下監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)用于接收水面控制器發(fā)過來的命令，同時(shí)采集水下各分部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和水面控制器發(fā)過來的命令，進(jìn)行綜合判斷，合理規(guī)劃ROV的運(yùn)動(dòng)控制；位置姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)ROV本體的姿態(tài)、深度、運(yùn)動(dòng)速度和水下位置信息；機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器的協(xié)調(diào)結(jié)果，控制水下主從機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)作業(yè)工作；推進(jìn)器控制系統(tǒng)能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器的處理結(jié)果進(jìn)行推理分配計(jì)算，并將命令分解后控制ROV的推進(jìn)器，同時(shí)根據(jù)ROV的狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定伺服；視頻采集系統(tǒng)用于采集水下圖像，并將圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別、測(cè)量，為水面控制器進(jìn)行水下檢測(cè)和目標(biāo)跟蹤提供直觀的圖像信息；水下燈光控制系統(tǒng)用于處理ROV的多個(gè)不同位置的燈光；液壓控制系統(tǒng)為水下推進(jìn)器和水下作業(yè)機(jī)械臂提供能源動(dòng)力；水下監(jiān)控系統(tǒng)用監(jiān)控水下各部件的狀態(tài)，包括電力系統(tǒng)的電壓檢測(cè)、絕緣檢測(cè)，液壓系統(tǒng)的壓力檢測(cè)、液面檢測(cè)、油溫檢測(cè)和動(dòng)力泵的油溫檢測(cè)，各分部系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)和壓力檢測(cè)。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
[0012](I)本發(fā)明應(yīng)用模塊化的智能控制系統(tǒng)，其高性能保證了 ROV多任務(wù)的實(shí)時(shí)處理，整體性能智能化，具有可擴(kuò)展性和互換性；
[0013](2)本發(fā)明分為九主要部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，各部分任務(wù)清晰，運(yùn)行高效，并且任務(wù)層次分明，便于系統(tǒng)維護(hù)；
[0014](3)本發(fā)明以TCP/IP作為系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信，增加系統(tǒng)擴(kuò)展能力和通信的可靠性，為系統(tǒng)的智能化處理提供保障；
[0015](4)本發(fā)明通用性好，可廣泛用于深海作業(yè)型ROV控制系統(tǒng)中；
[0016](5)本發(fā)明克服傳統(tǒng)ROV控制系統(tǒng)的主從工作方式，解決了系統(tǒng)自主性低的問題，具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)和自主判斷能力，系統(tǒng)每一個(gè)分部件發(fā)生問題，其他系統(tǒng)能夠相互協(xié)同，保證系統(tǒng)安全工作或者回收，具有較高智能化和容錯(cuò)能力。
【附圖說明】
[0017]圖1是模塊化ROV控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4是機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖5是推進(jìn)器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖6是液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖7是水下監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖8是各模塊系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)方式。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0026]本發(fā)明能夠供潛深在1500米以內(nèi)的作業(yè)型ROV和觀察型ROV使用，尤其是大長(zhǎng)時(shí)的作業(yè)型ROV進(jìn)行水下作業(yè)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)ROV系統(tǒng)的工作需要，實(shí)時(shí)將水下ROV系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)和各部件的狀態(tài)上傳，同時(shí)保證水面控制命令實(shí)時(shí)發(fā)送到水下執(zhí)行系統(tǒng)。
[0027]現(xiàn)將具體技術(shù)方案如下:
[0028]模塊化的ROV控制系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器、姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、推進(jìn)器控制系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)、水下燈光控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、水下監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)用于接收水面控制器發(fā)過來的命令，同時(shí)采集水下各分部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃處理器根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和水面控制器發(fā)過來的命令，進(jìn)行綜合判斷，合理規(guī)劃ROV的運(yùn)動(dòng)控制。