一种模块化的rov控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下机器人技术领域，具体地说是一种深海作业型的模块化的ROV控制系统。
【背景技术】
[0002]随着陆地上不可再生资源的日益减少，海洋资源的开发利用对人类发展和社会进步的推动作用越趋明显。石油、天然气等海洋资源的开发从近海延伸到深海，水下机器人因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为开发海洋资源的重要工具，尤其是深海探测和深海作业型ROV成为世界各国研宄的热点。深海作业型ROV因其经济性好、下水出水灵活性高、环境适应性好、作业效率高、使用有效等优点，得到了迅速发展。
[0003]深海作业型ROV因其工作环境复杂多变，其运动方程的交叉耦合性、非线性和时变性等非常严重，决定了其控制难度大，因此控制系统设计的好坏就决定了 ROV性能的优劣。
[0004]目前深海作业型ROV技术的不足之处主要在于:
[0005]第一，目前的水下机器人控制系统多采用集中式控制方式，由主控计算机集中采集状态信息，包括采集的电压与电流信息，设备的开关信号信息，还有串口数据信息等，都需要统一打包发送给主控计算机进行分析处理，主控计算机进行分析决断处理之后产生的各种控制信号，再由辅助电路进行转化处理之后驱动各执行部件，以实现各种控制功能。这种方法控制功能比较集中，实现容易，但是对上层处理器要求比较高，当任务增加时控制器的效率和可靠性急剧下降，高度集中会因为局部的小问题造成整个系统瘫痪，从而使系统的可靠性和稳定性降低。采用集中式控制方式还会使得系统的可扩展性变差，因为硬件板卡资源有限，而且水密电缆的芯数一旦确定，就不能随意更改，这就使得系统不能随意的更改设备和传感器的个数，使整个系统几乎没有可升级的能力。随着海底作业难度的不断加大，完成的使命日趋复杂，水下机器人需要搭载的传感器和各种装置会越来越多，传统的集中式控制方式将无法满足控制系统的要求。
[0006]第二，由于水下机器人目前尚未全面进入产业化，传统上科研机构容易忽视一线开发人员的实际困难，只以实现功能为目标，而不考虑开发的工作方式和人力成本，就以作业型ROV的软件控制系统而言，传统的软件开发模式不仅在开发效率上很难满足要求，而且开发出的软件系统不具有可移植性，系统维护升级困难，更难以随工作任务的改变而灵活地进行组合和配置。所以对水下机器人控制系统进行设计的工作量较为庞大，目前还没有一种对水下机器人控制系统普遍适用的设计标准和方法现实，目前的情况是:一旦对水下机器人控制系统有新的要求，水下机器的控制系统就要重新设计，由此造成了大量的重复性工作。急需一种功能模块化的设计，组装方便简单，可互换性强的控制系统，从而减少控制系统设计的工作量。
[0007]第三，专利“一种分布式水下机器人控制系统(CN1622062) ”，虽然也是用分布式控制方式，但是其每个分部系统不可以任意访问系统中其它分布系统中的数据，即系统间数据不可以实时可靠地共享和传递，那么各分部系统就不能高效的快速的进行协同工作。还有就是其内部通信系统使用RS-485总线方式进行通信。由于RS-485只存在一个没有硬件通信协议的物理层，其通信协议完全仰赖软件的支持，这就增加了系统通信软件的负担；而且RS-485总线一般以单主机的工作方式设计，若令其工作在多主方式，则其通信的可靠性反比于通信网络的负荷量。特别是系统节点工作在多种通信模式下时，通信的失误率与重发率将随着网络负荷量的增长而成倍增长，最终可能导致整个通信网络的瘫痪。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种可靠性高、实时性好的模块化的ROV控制系统。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
[0010]一种模块化的ROV控制系统，包括远程通信系统、运动规划处理器、姿态检测系统、机械臂运动控制系统、推进器控制系统、视频采集系统、水下灯光控制系统、液压控制系统、水下监控系统，远程通信系统用于接收水面控制器发过来的命令，同时采集水下各分部系统的数据进行上传，运动规划处理器根据系统当前状态和水面控制器发过来的命令，进行综合判断，合理规划ROV的运动控制；位置姿态检测系统用于检测ROV本体的姿态、深度、运动速度和水下位置信息；机械臂运动控制系统根据运动规划处理器的协调结果，控制水下主从机械臂进行运动作业工作；推进器控制系统能够根据运动规划处理器的处理结果进行推理分配计算，并将命令分解后控制ROV的推进器，同时根据ROV的状态进行系统稳定伺服；视频采集系统用于采集水下图像，并将图像进行处理，实现目标识别、测量，为水面控制器进行水下检测和目标跟踪提供直观的图像信息；水下灯光控制系统用于处理ROV的多个不同位置的灯光；液压控制系统为水下推进器和水下作业机械臂提供能源动力；水下监控系统用监控水下各部件的状态，包括电力系统的电压检测、绝缘检测，液压系统的压力检测、液面检测、油温检测和动力泵的油温检测，各分部系统的绝缘检测和压力检测。
[0011]本发明的有益效果在于:
[0012](I)本发明应用模块化的智能控制系统，其高性能保证了 ROV多任务的实时处理，整体性能智能化，具有可扩展性和互换性；
[0013](2)本发明分为九主要部分，结构简明，各部分任务清晰，运行高效，并且任务层次分明，便于系统维护；
[0014](3)本发明以TCP/IP作为系统内网络通信，增加系统扩展能力和通信的可靠性，为系统的智能化处理提供保障；
[0015](4)本发明通用性好，可广泛用于深海作业型ROV控制系统中；
[0016](5)本发明克服传统ROV控制系统的主从工作方式，解决了系统自主性低的问题，具有很强的纠错和自主判断能力，系统每一个分部件发生问题，其他系统能够相互协同，保证系统安全工作或者回收，具有较高智能化和容错能力。
【附图说明】
[0017]图1是模块化ROV控制系统结构图。
[0018]图2是运动规划处理器结构示意图。
[0019]图3是姿态检测系统结构图。
[0020]图4是机械臂运动控制系统结构图。
[0021]图5是推进器控制系统结构图。
[0022]图6是液压系统结构图。
[0023]图7是水下监控系统结构图。
[0024]图8是各模块系统输入和输出数据方式。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0026]本发明能够供潜深在1500米以内的作业型ROV和观察型ROV使用，尤其是大长时的作业型ROV进行水下作业。该系统能够根据ROV系统的工作需要，实时将水下ROV系统检测信号和各部件的状态上传，同时保证水面控制命令实时发送到水下执行系统。
[0027]现将具体技术方案如下:
[0028]模块化的ROV控制系统包括远程通信系统、运动规划处理器、姿态检测系统、机械臂运动控制系统、推进器控制系统、视频采集系统、水下灯光控制系统、液压控制系统、水下监控系统。远程通信系统用于接收水面控制器发过来的命令，同时采集水下各分部系统的数据进行上传。运动规划处理器根据系统当前状态和水面控制器发过来的命令，进行综合判断，合理规划ROV的运动控制。