一种万米自主遥控水下机器人推进控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水下机器人控制领域，具体地说是一种万米自主遥控水下机器人推进控制系统。
【背景技术】
[0002]自主遥控水下机器人既具有AUV大面积水下探测和搜索的功能，又可以通过微细光缆像ROV—样进行实时操作控制。自主遥控水下机器人的出现可以使潜水器向着潜深更深，航行更远和更具智能化的方向发展。
[0003]现有的水下机器人推进控制系统不能应用于万米自主遥控水下机器人，主要有两方面原因，一是耐压问题，系统不能承受万米水深的压力；二是现有推进系统要么采用推进器加翼板的方式，要么采用多个推进器控制方式，而万米自主遥控水下机器人自带能源，需要简单可靠又节能的推进控制系统，现有技术不足以满足这些要求。
【实用新型内容】
[0004]为了解决上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种万米自主遥控水下机器人推进控制系统，可以应用于万米强压环境下，该系统具有良好的可移植性。
[0005]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是:一种万米自主遥控水下机器人推进控制系统，包括推进系统控制板以及与其连接的推进设备和拋载设备；
[0006]所述推进设备包括两个主推电机驱动板以及与其连接的主推电机、旋转电机驱动板以及与其连接的旋转电机；
[0007]拋载设备包括两个拋载电机；
[0008]所述推进系统控制板与旋转电机驱动板、设置于旋转电机上的旋转电位计连接，还与两个主推电机驱动板、两个拋载电机连接，并通过串口与主控计算机连接。
[0009]所述推进系统控制板包括单片机以及与其连接的串口通信电路、CAN通信电路、AD采样电路和继电器控制电路；
[0010]所述串口通信电路与旋转电机驱动板、主控计算机连接；
[0011 ] 所述CAN通信电路与两个主推电机驱动板连接；
[0012]所述AD采样电路与旋转电位计、电流传感器和电压传感器连接；
[0013]所述继电器控制电路与电压传感器、旋转电机、两个主推电机和两个抛载电机连接。
[0014]所述旋转电机设置于水下机器人的中心，其旋转轴两端各连接一个主推电机。
[0015]所述推进系统控制板、旋转电机驱动板及主推电机驱动板浸泡于油中，各板上的晶振使用环氧封装的晶振，电解电容采用钽电容代替。
[0016]本实用新型具有以下有益效果及优点:
[0017]1.本实用新型控制板中的晶振和电容等元器件经过耐压处理，能够满足推进控制系统万米耐压要求。
[0018]2.本实用新型采用I个旋转电机加2个主推电机，使用较少的推进器即可实现机器人多个自由度的运动，方法简单，降低了功耗，可以节省电能。
[0019]3.本实用新型使用CAN总线控制两个主推电机，加上电机电源线共4根电线，减少了推进系统与电机的连线，使系统更加简单可靠。
[0020]4.本实用新型使用集成有AD转换器及CAN控制器的单片机芯片AT90CAN128，减少电路板的空间占用和电量消耗，简化控制程序，有较高性价比。
[0021]5.本实用新型采用模块化的设计思想，只要机器人系统电机驱动器支持CAN总线或者支持串口控制，均可使用此推进控制系统。
[0022]6.本实用新型设有电源的电压传感器、电流传感器，增强了控制系统的安全性与可靠性。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的推进控制系统结构图；
[0024]图2为推进控制系统接口线路连接示意图；
[0025]图3为推进控制系统控制电路板组成示意图；
[0026]图4(a)?4(e)为推进控制系统推进方式示意图；
[0027]其中，4(a)前进运动时的俯视图；4(b)旋转运动时的俯视图；4(c)后退运动时的俯视图；4(d)上浮运动时的侧视图；4(e)下潜运动时的侧视图；
[0028]1、旋转电机，2、左主推电机，3、右主推电机，4、载体，5、旋转轴；
[0029]图5(a)?5(b)为推进控制系统控制电路板的电流、电压传感器电路图；
[0030]5(a)为电流传感器电路图；5(b)为电压传感器电路图；
[0031]图6 (a)?6 (b)为推进控制系统控制电路板单片机及JTAG电路图；
[0032]6 (a)为单片机电路图；6 (b)为JTAG电路图；
[0033]图7 (a)?7 (b)为推进控制系统控制电路板串口通信电路图；
[0034]7(a)为串口通信电路图一 ；7(b)为串口通信电路图二 ；
[0035]图8 (a)?8 (b)为推进控制系统控制电路板CAN通信电路图；
[0036]8(a)为CAN通信电路图一 ；8(b)为CAN通信电路图二 ；
[0037]图9 (a)?9 (C)为推进控制系统控制电路板继电器控制电路；
[0038]9(a)为继电器控制电路图一 ；9(b)为继电器控制电路图二 ；9(c)为继电器控制电路图二 ;
[0039]图10为本实用新型的推进系统4通道AD采样流程图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
[0041]本实用新型涉及一种万米自主遥控水下机器人推进控制系统，包括:推进系统控制板，推进设备和拋载设备；推进控制系统通过串口接收主控计算机的命令，经过提取得到推进设备、继电器等的控制量；其中推进设备包含电机驱动板、2个主推电机和I个旋转电机，推进控制系统通过CAN总线控制两个主推电机并返回电机状态信息，通过带有隔离的串口控制旋转电机；旋转电机设置于水下机器人中心，其旋转轴两端分别接主推电机，旋转电机可实现180°旋转，主推电机可正转或反转；旋转电机实际角度通过旋转电位计AD转换后反馈给主控计算机；本实用新型设有两个拋载电机，在使命完成或者发生故障时保障水下机器人载体安全上浮；推进控制系统板通过继电器组控制旋转电机、主推电机及拋载电机的上电状态；同时推进控制系统板设有外围I/O驱动板状态检测，可以读取外部设备及传感器的上电状态；
[0042]推进系统控制板:与推进设备的旋转电机驱动板和主推电机驱动板连接，通过固态继电器和两个主推电机连接，控制推进电机电源；与拋载设备的两个拋载电机连接；通过串口和主控计算机通信，接收主控计算机发出的主推电机和旋转电机控制命令，并将推进系统控制板采集的反馈信号发送给主控计算机；
[0043]推进设备:包括旋转电机驱动板、I个旋转电机、主推电机驱动器和2个主推电机；
[0044]拋载设备:包括2个拋载电机，用于使命完成或发生故障时水下机器人载体上浮。
[0045]所述旋转电机设置于水下机器人中心，其旋转轴两端各连接一个主推电机。旋转电机可实现180°旋转，通过旋转电机带动两个主推电机旋转，主推电机可正转和反转，最终实现机器人前进、旋转、后退、下潜和上浮运动。
[0046]所述推进系统控制板包括:
[0047]带有CAN接口的单片机:分别与串口通信电路、CAN通信电路、AD采样电路、继电器控制电路和I/o驱动板相连接；通过串口接收主控计算机的控制命令并将采集的电源总电压、电源总电流及旋转电位计电压反馈至主控计算机，通过CAN总线接收两个主推电机反馈的电机状态信息；
[0048]AD采样电路:用来获取电源总电压和总电流，以及旋转电机旋转角度。
[0049]继电器控制电路:用来控制旋转电机、主推电机以及电压传感器电源。
[0050]串口通信电路:共包含两路串口，分别为UARTO和UARTl ；UARTO用来和主控计算机通信，UARTl用来和旋转电机驱动器通信。
[0051]CAN通信电路:实现单片机和主推电机通信，单片机通过CAN总线给2个主推电机发送控制命令，2个电机的状态信息通过CAN总线反馈至单片机，实现主推电机故障检测。
[0052]I/O驱动板:用来检测外接的电子罗盘传感器等的工作状态。
[0053]本系统通过串口和主控计算机通信，接收发送而来的控制信息，由于控制方法在主控计算机上完成，所以推进控制系统的数据传输量与计算量不大。单片机接收到数据后对数据进行提取，得到两个主推电机、旋转电机的控制量及继电器组控制量，通过CAN总线把控制量传输至主推电机驱动板，通过带隔离的串口把控制量传输至旋转电机驱动板，通过单片机I/O 口控制继电器。同时通过单片机内部ADC采集电源电压、电流及旋转电位计电压值，最后通过串口传输至主控计算机。
[0054]如图1所示，本实用新型由三个部分组成:推进系统控制板，推进设备和拋载设备，推进系统控制板、旋转电机控制板和主推电机控制板都浸泡于油中，其上的晶振使用经过万米耐压测试的环氧封装晶振，其上的电解电容使用经过万米耐压测试的钽电容，其中万米耐压测试指在压力罐中打压超过120Mpa。推进电机和主推电机驱动板是防水无刷电机与配套驱动器，旋转电机使用的是MAX电机。本系统的关键部分是推进系统控制板，结合图2接口连接示意图，对推进系统控制板的部分接口进行说明:J1中，IN0-1N7连接外部I/O驱动板，用于检测外接传感器及设备上电状态；J2中RXDO、TXDO, GND和外部主控计算机的串口相连J3中+24V/BAT与GND/BAT连接外部电池组J4中+24V/AP和GND/AP是从推进控制系统板输出到电源转换板的电源，经电源转换板转换得到+5V和GND/C再输入到推进控制系统板J5连接旋转电机旋转轴上的旋转电位计J6中的TXDl和RXDl和旋转电机驱动板串口连接，GND/1SO是独立的电源信号地，+24V/XZ和GND/BAT是旋转电机电源；旋转电机驱动板、旋转电机驱动器及主推电机驱动板的处理器晶振及大电容使用经过万米耐压测试的硅晶振及钽电容代替，可以应用在万米强压环境下。J7中的CANH、CANL表