0023]如图3所示，水平工作模式时对水下机器人的控制方法包括，1)将水下机器人的工作模式调为水平工作模式；2)上位PC机采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出八个推进器的PID输出值，实现对水下机器人的姿态和定深闭环控制、航向闭环控制；3)无线手柄控制上位PC机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，上位PC机通过决策处理获得实现上述动作时对每个推进器施加的推力值，并将每个推进器的推力值和步骤2)计算出的PID输出值进行累加整合，得到推进器的最终推力值；4)根据推进器的特性关系式，上位PC机将最终推力值转换成DAC控制信号后发送给水下机器人的控制舱；5)水下机器人的控制舱通过D/A转换模块将DAC控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制八个推进器工作。
[0024]其中，所述姿态和定深闭环控制的具体过程为，首先，上位PC机对水下机器人的俯仰角、横滚角和水深进行PID运算，分别得出俯仰角的PID值、横滚角的PID值、水深的PID值；然后，上位PC机对水下机器人上层的每个推进器在实现俯仰角、横滚角、水深动作时的推力方向进行判断，并根据判断结果在俯仰角的PID值、横滚角的PID值、水深的PID值前添加正号或负号；最后，将添加了正号或负号的三项PID值累加整合到推进器上，得到上层每个推进器的PID输出值。
[0025]所述航向闭环控制的具体过程为，首先，上位PC机对水下机器人的航向角进行PID运算，得到航向角PID值；然后，上位PC机对水下机器人下层的每个推进器在实现航向角动作时的推力方向进行判断，并根据判断结果在航向角PID值前添加正号或负号；最后，将添加了正号或负号的航向角PID值累加整合到推进器上，得到下层每个推进器的PID输出值。
[0026]贴壁工作模式下，上层四个推进器负责使机器人压紧壁面，下层四个推进器负责使机器人进行下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退动作。
[0027]如图4所示，贴壁工作模式时对水下机器人的控制方法包括，1)上位PC机将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，通过无线手柄控制上位PC机先向水下机器人发送翻滚指令，控制水下机器人处于侧翻且底部正对壁面的姿态，再向水下机器人发送垂推指令，从而给水下机器人上层四个推进器附加大小相等的正向推力，控制水下机器人底部的四个万向轮贴合在壁面上，将正向推力锁定不变，上位PC机将水下机器人工作模式切换为贴壁工作模式；2)上位PC机采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出下层四个推进器的PID输出值，实现对水下机器人的航向和定深闭环控制；3)通过无线手柄控制上位机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，上位PC机通过决策处理获得实现上述动作时对下层每个推进器施加的推力值，并将每个推进器的推力值和步骤2)计算出的PID输出值进行累加整合，得到下层每个推进器的最终推力值；4)根据推进器的特性关系式，上位PC机将步骤1)上层推进器锁定推力的推力值和下层每个推进器的最终推力值转换成DAC控制信号后发送给水下机器人的控制舱；5)水下机器人的控制舱通过D/A转换模块将DAC控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制八个推进器工作。
[0028]其中，所述航向和定深闭环控制的具体过程为，首先，上位PC机对水下机器人的俯仰角和水深进行PID运算，得到俯仰角PID值和水深PID值；然后，上位PC机对水下机器人下层的每个推进器在实现俯仰角、水深动作时的推力方向进行判断，并根据判断结果在俯仰角PID值和水深PID值前添加正号或负号；最后，将添加了正号或负号的俯仰角PID值和水深PID值累加整合到推进器上，得到下层每个推进器的PID输出值。
[0029]以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种ROV水下机器人的运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，上位PC机程序初始化，并启动水下机器人； 步骤二，水下机器人利用姿态传感器、水深传感器、超短基线以及水下摄像头采集水下信息，并将水下信息发送给上位PC机； 步骤三，上位PC机选定水下机器人的工作模式，然后根据接收到的水下信息，对预期的位置和姿态信息采用遇限削弱积分的PID算法进行控制运算，并将运算结果发送给水下机器人的控制舱，由控制舱根据运算结果对机器人上的推进器进行控制； 其中，水下机器人的工作模式包括水平工作模式和贴壁工作模式；机器人上的推进器共八个，分两层分布在机体框架上。2.根据权利要求1所述的R0V水下机器人的运动控制方法，其特征在于:上位PC机与水下机器人之间通过CAN总线进行通讯，通讯时，将不同的数据信息打包成不同的多帧报文，并依次发送，接收时，对报文一帧一帧进行接收，并对ID标识符进行判断，根据ID标识符代表的数据信息进行数据处理。3.根据权利要求1或2任一项所述的R0V水下机器人的运动控制方法，其特征在于:水平工作模式时对水下机器人的控制方法包括，1)将水下机器人的工作模式调为水平工作模式；2)上位PC机采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出八个推进器的PID输出值，实现对水下机器人的姿态和定深闭环控制、航向闭环控制；3)无线手柄控制上位PC机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，上位PC机通过决策处理获得实现上述动作时对每个推进器施加的推力值，并将每个推进器的推力值和步骤2)计算出的PID输出值进行累加整合，得到推进器的最终推力值；4)根据推进器的特性关系式，上位PC机将最终推力值转换成DAC控制信号后发送给水下机器人的控制舱；5)水下机器人的控制舱通过D/A转换模块将DAC控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制八个推进器工作。4.根据权利要求3所述的R0V水下水下机器人的运动控制方法，其特征在于:所述姿态和定深闭环控制的具体过程为，首先，上位PC机对水下机器人的俯仰角、横滚角和水深进行PID运算，分别得出俯仰角的PID值、横滚角的PID值、水深的PID值；然后，上位PC机对水下机器人上层的每个推进器在实现俯仰角、横滚角、水深动作时的推力方向进行判断，并根据判断结果在俯仰角的PID值、横滚角的PID值、水深的PID值前添加正号或负号；最后，将添加了正号或负号的三项PID值累加整合到推进器上，得到上层每个推进器的PID输出值。5.根据权利要求3所述的R0V水下机器人的运动控制方法，其特征在于:所述航向闭环控制的具体过程为，首先，上位PC机对水下机器人的航向角进行PID运算，得到航向角PID值；然后，上位PC机对水下机器人下层的每个推进器在实现航向角动作时的推力方向进行判断，并根据判断结果在航向角PID值前添加正号或负号；最后，将添加了正号或负号的航向角PID值累加整合到推进器上，得到下层每个推进器的PID输出值。6.根据权利要求1或2任一项所述的R0V水下机器人的运动控制方法，其特征在于:贴壁工作模式时对水下机器人的控制方法包括，1)上位PC机将水下机器人的工作模式调为水平工作模式，通过无线手柄控制上位PC机先向水下机器人发送翻滚指令，控制水下机器人处于侧翻且底部正对壁面的姿态，再向水下机器人发送垂推指令，从而给水下机器人上层四个推进器附加大小相等的正向推力，控制水下机器人底部的四个万向轮贴合在壁面上，将正向推力锁定不变，上位PC机将水下机器人工作模式切换为贴壁工作模式；2)上位PC机采用遇限削弱积分的PID算法分别计算出下层四个推进器的PID输出值，实现对水下机器人的航向和定深闭环控制；3)通过无线手柄控制上位机向水下机器人发送下潜、上浮、平动、左转、右转、前进或后退指令信息后，上位PC机通过决策处理获得实现上述动作时对下层每个推进器施加的推力值，并将每个推进器的推力值和步骤2)计算出的PID输出值进行累加整合，得到下层每个推进器的最终推力值；4)根据推进器的特性关系式，上位PC机将步骤1)上层推进器锁定推力的推力值和下层每个推进器的最终推力值转换成DAC控制信号后发送给水下机器人的控制舱；5)水下机器人的控制舱通过D/A转换模块将DAC控制信号转换成电压值，控制舱根据电压值控制八个推进器工作。7.根据权利要求6所述的ROV水下机器人的运动控制方法，其特征在于:所述航向和定深闭环控制的具体过程为，首先，上位PC机对水下机器人的俯仰角和水深进行PID运算，得到俯仰角PID值和水深PID值；然后，上位PC机对水下机器人下层的每个推进器在实现俯仰角、水深动作时的推力方向进行判断，并根据判断结果在俯仰角PID值和水深PID值前添加正号或负号；最后，将添加了正号或负号的俯仰角PID值和水深PID值累加整合到推进器上，得到下层每个推进器的PID输出值。8.根据权利要求1所述的ROV水下水下机器人的运动控制方法，其特征在于:所述姿态传感器采用AHRS航姿参考系统，并融合了电子罗盘、陀螺仪和加速度计。9.根据权利要求1所述的ROV水下水下机器人的运动控制方法，其特征在于:所述水深传感器为压力变送器。10.根据权利要求1所述的ROV水下水下机器人的运动控制方法，其特征在于:所述超短基线采用水下声波进行测距，从而实现对水下机器人的水下定位。
【专利摘要】本发明提供一种ROV水下机器人的运动控制方法，包括以下步骤：步骤一，上位PC机程序初始化，并启动水下机器人；步骤二，水下机器人利用姿态传感器、水深传感器、超短基线以及水下摄像头采集水下信息，并将水下信息发送给上位PC机；步骤三，上位PC机选定水下机器人的工作模式，然后根据接收到的水下信息，对预期的位置和姿态信息采用遇限削弱积分的PID算法进行控制运算，并将运算结果发送给水下机器人的控制舱，由控制舱根据运算结果对机器人上的推进器进行控制；其中，水下机器人的工作模式包括水平工作模式和贴壁工作模式；机器人上的推进器共八个，分两层分布在机体框架上。
【IPC分类】G05D1/06
【公开号】CN105404303
【申请号】CN201511009115
【发明人】周军, 蔡艺超, 黄聪, 郭云翔, 瞿喜锋, 张珧, 傅昱平, 马霰, 韩雪
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月28日