本發(fā)明屬于水下機器人姿態(tài)控制技術(shù)，特別涉及一種基于滑?？刂频乃聶C器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無論是海洋資源開發(fā)，還是陸地水資源的利用，水下機器人作為開發(fā)水下資源的一種重要工具日益顯示著它的重要性。在環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、資源調(diào)查、軍事偵察等多個方面發(fā)揮著重要的作用，因此，水下機器人的研究和廣泛應(yīng)用對于充分利用自然資源，發(fā)展國民經(jīng)濟具有十分重要的現(xiàn)實意義。

水下機器人在執(zhí)行精細(xì)作業(yè)時，水下機器人的姿態(tài)控制顯得尤為重要，如，定航定深前行，以某一角度通過障礙物，動力定位等，因此，安全、可靠、靈活的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制裝置是發(fā)揮水下機器人多種作業(yè)性能的重要保證。目前，水下機器人多采用集中式的控制方式，所有數(shù)據(jù)處理和控制算法的實現(xiàn)集中在一塊處理芯片上，使得系統(tǒng)的運算速度大大降低，且系統(tǒng)的可靠性、可擴展性較差。

中國專利（申請?zhí)枮?00410021161.5）公開了一種采用分布式節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的水下機器人控制裝置，采用can網(wǎng)絡(luò)作為分布式控制的核心，由計算機主機節(jié)點和can網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，該裝置僅使用can網(wǎng)絡(luò)通信，對于水下控制器與上位機間的通信部分并不適用，且該裝置未提出相關(guān)控制策略。

中國專利（申請?zhí)枮?00310105200.5）公開了一種分布式水下機器人控制系統(tǒng)，采用rs-485網(wǎng)絡(luò)作為分布式控制的核心，由計算機主機節(jié)點和rs-485網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，該裝置僅使用rs-485網(wǎng)絡(luò)通信，對于水下控制器與上位機間的通信部分并不適用，通信速度慢、占用系統(tǒng)內(nèi)存資源多，且該裝置未提出相關(guān)控制策略。

中國專利（申請?zhí)枮?01510253350.3）公開了一種模塊化的rov控制系統(tǒng)，采用tcp/ip作為系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)各個分支單元模塊化，該系統(tǒng)全部應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信，硬件成本太高，且編程難度大，并非適用于所有模塊。

中國專利（申請?zhí)枮?01310538196.5）公開了一種小型自治水下機器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多種通信方式完成對水下機器人的控制，但所有模塊的數(shù)據(jù)處理工作均由主控計算機完成，各個模塊自主性差，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的實時性欠缺，水下機器人的響應(yīng)速度慢，且整個系統(tǒng)容錯性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于滑模控制的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于滑模控制的水下機器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其創(chuàng)新點在于：包括上位機、深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、主控制器模塊、can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、以太網(wǎng)通信模塊、電源模塊以及若干推進器控制模塊；所述主控制器模塊與深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接，還通過以太網(wǎng)通信模塊與上位機連接，且深度數(shù)據(jù)處理模塊和導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊均通過iic總線與主控制器模塊連接；所述電源模塊與深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、主控制器模塊、can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、以太網(wǎng)通信模塊、以及若干推進器控制模塊連接，且can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊還通過can總線與各進器控制模塊連接；

其中，所述主控制器模塊包括iic數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊、終端滑?？刂扑惴K、can數(shù)據(jù)包處理模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊；所述iic數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊與深度數(shù)據(jù)處理模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊和終端滑?？刂扑惴K連接，終端滑模控制算法模塊還與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊和can數(shù)據(jù)包處理模塊連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊與以太網(wǎng)通信模塊連接，can數(shù)據(jù)包處理模塊與can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接。

進一步地，所述調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，還包括其他功能擴展模塊，所述其他功能擴展模塊通過iic總線與主控制器模塊連接。

進一步地，所述其他功能擴展模塊包括水下燈控制模塊、電源管理模塊和漏水檢測模塊。

進一步地，所述深度數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理芯片和串口數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。

進一步地，所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理芯片和串口數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。

進一步地，所述主控制器模塊包括處理芯片。

進一步地，所述can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊包括can數(shù)據(jù)收發(fā)器芯片。

進一步地，所述以太網(wǎng)通信模塊包括以太網(wǎng)收發(fā)芯片。

進一步地，所述電源模塊包括穩(wěn)壓電源和隔離電源，在各電源的輸入端和輸出端分別并聯(lián)多個不同容值的電容，并在與電源模塊連接的各個芯片的電源輸入端并聯(lián)一個0.1uf電容。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明基于滑?？刂频乃聶C器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，采用終端滑模控制算法模塊，能夠很好適應(yīng)水下機器人高度非線性的工作特性；同時，采用多種通信方式，更好的適應(yīng)各個模塊的通信特性，使得系統(tǒng)更加簡潔、可靠、快速；此外，總線的數(shù)據(jù)傳輸方式大大減少通信線的使用量，大大減少了線路故障率，同時節(jié)省了大量空間；

（2）本發(fā)明基于滑?？刂频乃聶C器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，為了不改變已有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，iic總線的通信方式方便更多設(shè)備的擴展；此外，在與電源模塊連接的各個芯片的電源輸入端并聯(lián)一個0.1uf電容，可減少電源紋波對芯片的影響。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明基于滑?？刂频乃聶C器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例

本實施例基于滑?？刂频乃聶C器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括上位機、深度數(shù)據(jù)處理模塊1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2、主控制器模塊3、can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4、以太網(wǎng)通信模塊5、電源模塊6以及若干推進器控制模塊7；其中，主控制器模塊3包括iic數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊31、終端滑模控制算法模塊32、can數(shù)據(jù)包處理模塊33和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊34；iic數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊31與深度數(shù)據(jù)處理模塊1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2和終端滑?？刂扑惴K32連接，終端滑?？刂扑惴K32還與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊34和can數(shù)據(jù)包處理模塊33連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送模塊34與以太網(wǎng)通信模塊5連接，can數(shù)據(jù)包處理模塊33與can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4連接；深度數(shù)據(jù)處理模塊1和導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2分別單獨封裝成一個電路板，其余模塊封裝成一個電路板，這樣可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的模塊化管理，便于模塊的添加與維修。

實施例中，主控制器模塊3與深度數(shù)據(jù)處理模塊1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2、can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4連接，還通過以太網(wǎng)通信模塊5與上位機連接，且深度數(shù)據(jù)處理模塊1和導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2均通過iic總線與主控制器模塊3連接；電源模塊6與深度數(shù)據(jù)處理模塊1、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2、主控制器模塊3、can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4、以太網(wǎng)通信模塊5、以及若干推進器控制模塊7連接，為各個模塊提供電源；且can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4還通過can總線與各進器控制模塊7連接。

實施例中，在不改變已有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過iic總線連接其他功能擴展模塊8，其他功能擴展模塊8具體的可為水下燈控制模塊、電源管理模塊和漏水檢測模塊。

作為實施例，更具體的實施方式為：

深度數(shù)據(jù)處理模塊1包括微處理芯片和串口數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，完成深度計數(shù)據(jù)的接收和深度信息的解析，并通過iic總線傳輸?shù)街骺刂破髂K。

導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2包括微處理芯片和串口數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，完成導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收和導(dǎo)航信息的解析，并通過iic總線傳輸?shù)街骺刂破髂K。

主控制器模塊3包括處理芯片，完成iic總線上數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、控制裝置與上位機的網(wǎng)絡(luò)通信、終端滑模控制算法的實現(xiàn)、can數(shù)據(jù)包的處理。

can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4包括can數(shù)據(jù)收發(fā)器芯片，完成控制裝置與推進器間的通信。

以太網(wǎng)通信模塊5包括以太網(wǎng)收發(fā)芯片，完成水下控制系統(tǒng)與上位機間的通信，完成水下機器人各個信號量的上傳下達。

電源模塊6包括穩(wěn)壓電源和隔離電源，為控制裝置提供所需電源，在電源的輸入端和輸出端分別并聯(lián)多個不同容值的電容，同時，在各個芯片的電源輸入端并聯(lián)一個0.1uf電容，減少電源紋波對芯片的影響。

通過本發(fā)明基于滑?？刂频乃聶C器人姿態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，進行處理時，具體為：深度數(shù)據(jù)處理模塊1和導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊2將解析后的深度和導(dǎo)航信息通過iic總線傳輸?shù)街骺刂破髂K3，主控制器模塊3同時接收上位機通過以太網(wǎng)方式傳輸來的姿態(tài)控制指令，運用終端滑模控制算法32，計算出各個推進器的對應(yīng)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過can數(shù)據(jù)包處理33后，將對應(yīng)推進器轉(zhuǎn)速放入對應(yīng)can數(shù)據(jù)包中，由can數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4通過can總線發(fā)送到各個推進器；iic總線上可擴展掛載水下燈控制模塊、電源管理模塊及漏水檢測模塊等模塊；進而將縱搖角、橫搖角、艏搖角、深度等水下機器人相關(guān)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)通信模塊5上傳到上位機中。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。