一种自治水下机器人编队运行控制系统及其运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航模控制技术领域，具体涉及一种自治水下机器人编队运行控制系统 及其运行方法。
【背景技术】
[0002] 缆控水下机器人（ROV)需要线缆和母船连接，受线缆长度和强度的限制，其作业范 围较小，又容易发生电缆缠绕、断裂事故。
[0003] 与缆控水下机器人（ROV)不同，AUV与母船之间没有线缆连接，基本依靠自主能力 运行，控制难度较高，AUV编队的控制一般是预编程的，一旦在执行任务过程中出现问题，结 果难以预料，甚至发生AUV丢失的情况。同时单个AUV的作用有限，只能用于执行一些简单、 局部的任务，而复杂、大范围的海洋任务往往需要通过多个AUV之间的协调合作来完成。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种自治水下机器人编队运行控制系统及其运行方法，该 系统包含了上位机以及与上位机无线通信连接的由多台水下机器人组成的水下机器人编 队，水下机器人编队可以保持一种领航-跟随的队形进行作业，一旦上位机发出特定指令， 机器人编队则执行相应任务，且上位机在不发送特定指令时，始终以固定间隔向机器人编 队发送空闲指令，若连续超过时限水下机器人编队没有接受到空闲指令，则水下机器人编 队自动排水上浮，避免事故或丢失。
[0005] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现： 一种自治水下机器人编队运行控制系统，其特征是，包含： 上位机，其循环运行控制服务程序，其用于向自治水下机器人编队发送控制指令； 由一个以上的自治水下机器人组成的自治水下机器人编队，其循环运行控制程序，其 与所述的上位机无线通信连接，并接收来自上位机的控制指令以完成相应的作业任务。
[0006] 上述的自治水下机器人编队运行控制系统，其中，所述的上位机集成于控制板，放 置于母船或岸上，其包含： 基于中央处理器的主控单元； 功率放大单元，其连接所述的主控单元； 多路射频发射单元，其分别连接所述的功率放大单元，并对主控单元发出的控制信号 进行调制后形成射频信号并通过无线信道传输给所述的自治水下机器人编队。
[0007] 上述的自治水下机器人编队运行控制系统，其中： 所述的主控单元运行控制服务程序，通过潜水艇编队运行算法决定所采用的控制指 令，控制服务程序包含主程序以及定时器中断服务子程序。
[0008] 上述的自治水下机器人编队运行控制系统，其中： 所述的多路射频发射单元采用锁相环调频方式，其载波频率分别对应各个自治水下机 器人。
[0009] 上述的自治水下机器人编队运行控制系统，其中，每个所述的自治水下机器人分 别包含： 射频信号接收器，其对应接收来自射频发射单元的射频信号并将其还原为控制信号发 送给行为控制器； 行为控制器，其连接所述的射频信号接收器； 舵机控制模块，其通过第一总线连接所述的行为控制器，用于控制转向和抬/沉艏两 个自由度上的方向； 电机控制模块，其通过第一总线连接所述的行为控制器，电机控制模块和舵机控制模 块共同配合完成前进、左转、右转、抬艏、沉艏等行为； 浮潜控制模块，其通过第一总线连接所述的行为控制器，其通过进排水系统控制自治 水下机器人的上浮和下潜。
[0010] 上述的自治水下机器人编队运行控制系统，其中，每个所述的自治水下机器人还 包含： 水下视频采集模块，其通过第二总线连接所述的行为控制器，用于拍摄并存储所需的 水面和水下视频图像。
[0011] -种自治水下机器人编队的运行方法，其特征是： 上位机循环运行控制服务程序，控制服务程序包含主服务程序以及中断服务子程序， 自治水下机器人编队循环运行控制程序； 当需要自治水下机器人编队执行特定任务时，外部中断进入，上位机根据控制服务程 序生成带有特定指令的射频信号，射频信号经过无线信道发送给自治水下机器人编队； 各个自治水下机器人分别对应接收相应的射频信号，对其进行还原，并执行相应作业 任务； 当不需要自治水下机器人编队执行特定任务时，上位机始终以固定间隔时间向自治水 下机器人编队发送空闲指令，若自治水下机器人编队超过时限没有接收到空闲指令，则自 治水下机器人编队自动排水上浮，避免遗失或事故发生。
[0012] 本发明与现有技术相比具有以下优点：该系统包含了上位机以及与上位机无线 通信连接的由多台水下机器人组成的水下机器人编队，水下机器人编队可以保持一种领 航-跟随的队形进行作业，一旦上位机发出特定指令，机器人编队则执行相应任务，且上位 机在不发送特定指令时，始终以固定间隔向机器人编队发送空闲指令，若连续超过时限水 下机器人编队没有接受到空闲指令，则水下机器人编队自动排水上浮，避免事故或丢失。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的系统框图； 图2为本发明的主控单元控制服务流程图； 图3为本发明的射频发射单元的结构框图； 图4为本发明中以"空闲"指令为例的控制信号基带信号示例图； 图5为本发明中自治水下机器人的结构框图。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0015] 如图1所示；一种自治水下机器人编队运行控制系统，其包含：上位机1，其循环运 行控制服务程序，其用于向自治水下机器人编队2发送控制指令；由一个以上的自治水下 机器人组成的自治水下机器人编队2,其循环运行控制程序，其与所述的上位机1无线通信 连接，并接收来自上位机1的控制指令以完成相应的作业任务，本实施例中，自治水下机器 人编队2由第一自治水下机器人21、第二自治水下机器人22以及第三自治水下机器人23 这3台组成。
[0016] 所述的上位机1集成于控制板，放置于母船或岸上，其包含：基于中央处理器的 主控单元11，本实施例中，主控单元11采用自制的单片机小系统板，系统板上主要器件有 AT89S52、74HC02、74HC373、74HC138、6264、8255 ;功率放大单元12,其连接所述的主控单元 11 ;连接所述的功率放大单元12的多路射频发射单元，其对主控单元11中发出的控制信号 进行调制后形成相应频率的射频信号并通过无线信道传输给所述的各个自治水下机器人， 本实施例中所述的多路射频发射单元为3路射频发射单元13。
[0017] 所述的主控单元11运行控制服务程序，通过潜水艇编队运行算法决定所采用的 控制指令，控制服务程序包含主程序以及定时器中断服务子程序，本实施例中，定时器执行 0. 2ms软定时算法。
[0018] 所述的多路射频发射单元采用锁相环调频方式，其载波频率分别对应各个自治水 下机器人。
[0019] 如图5所示，每个所述的自治水下机器人分别包含：射频信号接收器3,其对应接