一种多水下机器人协同跟踪控制算法验证系统，本发明专利技术是为了解决目前验证控制算法存在效率低、成本高的问题，以及现有的水下机器人不能适用于不同算法验证的问题。本发明专利技术包括ROV和上位机，ROV和上位机之间通过电力载波的通信方式进行通信，且上位机通过指令对控制至少两个ROV的运动及任务执行；所述ROV包括ROV本体和水下抓取机械臂；所述ROV本体包括前板、后板、两个侧板、上板、下板、舱体；本体框架内设置舱体，电机和舱内元件通过舱盖封闭在舱体内部；上位机包括机器人通信单元、抓取机械臂显示单元、航迹显示单元、航线添加单元、机器人数据显示单元、数据发送单元。主要用于多水下机器人协同跟踪控制算法验证。器人协同跟踪控制算法验证。器人协同跟踪控制算法验证。
【技术实现步骤摘要】
一种多水下机器人协同跟踪控制算法验证系统
[0001]本专利技术涉及一种无人系统集群协同跟踪控制算法验证系统，属于控制
技术介绍
[0002]无人系统集群协同工作可广泛应用于编队护航、搜索巡逻、区域控制和平战结合的信息保障等军民用任务。欧美一些国家正在积极推进无人系统集群演示验证试验，以加快推进技术的实战化应用。由于当前无人系统集群的关键技术尚未成熟，因此需要开展大量的测试验证和优化。但是，海上试验环境复杂，试验成本高，长期利用无人系统集群实装测试并不现实。
[0003]目前的多水下机器人协同跟踪控制算法验证基本都是依赖于针对控制算法单独开发的水下机器人进行的，或者是针对某些特定型号的水下机器人进行控制算法开发时，利用开发的控制算法针对之前的对象记性验证。所以目前并没有一种针对不同控制算法记性统一验证的系统或设备，因此单独开发验证的方式存在效率低、成本高的问题。
[0004]同时目前有些控制算法是针对水下机器人运动控制的，有些控制是针对水下机器人运动和作业任务控制(需要机械臂参与控制)的，因此现有的水下机器人也不能够用于不同算法的验证，同时用于验证现有控制算法的水下机器人还存在ROV驱动效率较低的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术是为了解决目前验证控制算法存在效率低、成本高的问题，以及现有的水下机器人不能适用于不同算法验证的问题。
[0006]一种多水下机器人协同跟踪控制算法验证系统，包括ROV和上位机，ROV即水下机器人，ROV和上位机之间通过电力载波的通信方式进行通信，且上位机通过指令对控制至少两个ROV的运动及任务执行；
[0007]所述ROV包括ROV本体和水下抓取机械臂；
[0008]所述ROV本体包括前板、后板、两个侧板、上板、下板、舱体；所述前板、后板、两个侧板、上板、下板构成ROV本体框架，本体框架内设置舱体，电机和舱内元件通过舱盖封闭在舱体内部；
[0009]前板、后板上各设置4个推进器，前板上的4个推进器设置在前板的四角附近，其中位于前板上方的2个推进器的推进方向与前板平行，且2个推进器的推进方向相对成夹角，位于前板下方的2个推进器推进方向与前板成夹角，且2个推进器的推进方向相对成夹角；后板上的4个推进器设置在前板的四角附近，其中位于后板下方的2个推进器的推进方向与后板平行且2个推进器的推进方向相反成夹角，位于后板上方的2个推进器的推进方向与前板成夹角，且2个推进器的推进方向相对成夹角；前板、后板上的8个推进器构成ROV的动力系统，这种推进器布置方式不仅可以为ROV提供良好的动力，而且具有优秀的机动性；
[0010]所述上位机包括机器人通信单元、抓取机械臂显示单元、航迹显示单元、航线添加单元、机器人数据显示单元、数据发送单元；
[0011]机器人通信单元，用于根据输入的不同ROV的IP通过Port端口号连接ROV，并与相应的ROV进行通信；
[0012]抓取机械臂显示单元，根据连接机械手的串口接收和显示机械臂数据；
[0013]航迹显示单元，根据UWB串口接收UWB数据，解析数据并在地图上显示ROV当前位置；
[0014]航线添加单元，根据用户的输入在地图上添加、删除航线并在当前地图上显示航线；
[0015]机器人数据显示单元，接收并显示连接状态的ROV数据；
[0016]数据发送单元，用于根据用户选择对连接状态下的ROV发送操作指令数据，进而控制ROV的运动。
[0017]进一步地，所述ROV还包括UWB定位天线，用于获取ROV的位置信息。
[0018]进一步地，所述ROV还包括姿态传感器和深度计，用于计算ROV的姿态信息。
[0019]进一步地，所述ROV本体上设置有摄像头和照明设备。
[0020]进一步地，水下机械臂采用三关节式结构设计，水下机械臂端的底部搭载360度旋转的旋转云台，机械臂每个关节处配有数字舵机，通过控制线输入一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20ms；当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
[0021]进一步地，水下机械臂端的机械臂部分采用圆形包裹设计，线缆布放在包裹中。
[0022]进一步地，所述舱内元件包括主控制器板、电机驱动板，主控制器板通过串口与电机驱动板进行通信；
[0023]主控制器板用于传感器数据的处理，ROV控制命令的处理与发送，ROV状态的监测；
[0024]电机驱动板用于电机控制，即对推进器对应的电机和机械臂对应的舵机进行控制。
[0025]进一步地，所述主控制器板型号为STM32F407VET6，电机驱动板的芯片型号为STM32F103RCT6。
[0026]进一步地，所述主控制器板和电机驱动板采用分板式设计，即主控制器板和电机驱动板为两块电路板。
[0027]10、根据权利要求9所述的一种多水下机器人协同跟踪控制算法验证系统，其特征在于，所述舱内元件还包括电源板，电源板用于电调转接。
[0028]有益效果：
[0029]本专利技术采用上位机和机器人通信的方式进行控制，可以适用于不同控制算法的验证，利用上位机，可以通过指令发送的方式验证水下机器人的控制效果，也可以通过控制算法设定的PID控制指令进行控制，既能验证水下机器人的控制效果，还能够验证控制算法的有效性，因此本专利技术可以实现不同输入的方式、不同控制算法的验证。同时本专利技术的ROV采用水下抓取机械臂，并且在上位机中设置单独的控制单元，因此本专利技术即可以适用于针对ROV运动进行控制的算法的验证，还可以用于针对ROV运动和作业任务进行的控制，所以本专利技术不仅通用性更强，而且省去了不同控制算法需要单独开发机器人或/和控制界面的存在的效率低、成本高的问题。
[0030]此外，本专利技术的ROV结构还可以为ROV提供良好的动力，使得ROV具有优秀的机动
性。
附图说明
[0031]图1为ROV本体实物图；
[0032]图2为前板推进器布置方式示意图；
[0033]图3为后板推进器布置方式示意图；
[0034]图4为舵机输出轴转角与输入信号脉冲宽度关系图；
[0035]图5为柔性鳍条式机械爪实物图；
[0036]图6为控制器板、推进器驱动板、机械臂驱动板安装实物图；
[0037]图7A
‑
图7E为STM32F407VET6局部引脚关系示意图；
[0038]图8A
‑
图8J为与STM32F407VET6引脚连接的接口示意图；
[0039]图9A为与STM32F407VET6的40、42、44、45号引脚连接的电路示意图；图9B为与STM32F407VET6的3号引脚连接的电路示意图；
[0040]图10为与CAN通信收发器电路示意图；
[0041]图11为STM32F103RCT6引脚关系示意图；
[0042]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多水下机器人协同跟踪控制算法验证系统，其特征在于，包括ROV和上位机，ROV即水下机器人，ROV和上位机之间通过电力载波的通信方式进行通信，且上位机通过指令对控制至少两个ROV的运动及任务执行；所述ROV包括ROV本体和水下抓取机械臂；所述ROV本体包括前板、后板、两个侧板、上板、下板、舱体；所述前板、后板、两个侧板、上板、下板构成ROV本体框架，本体框架内设置舱体，电机和舱内元件通过舱盖封闭在舱体内部；前板、后板上各设置4个推进器，前板上的4个推进器设置在前板的四角附近，其中位于前板上方的2个推进器的推进方向与前板平行，且2个推进器的推进方向相对成夹角，位于前板下方的2个推进器推进方向与前板成夹角，且2个推进器的推进方向相对成夹角；后板上的4个推进器设置在前板的四角附近，其中位于后板下方的2个推进器的推进方向与后板平行且2个推进器的推进方向相反成夹角，位于后板上方的2个推进器的推进方向与前板成夹角，且2个推进器的推进方向相对成夹角；前板、后板上的8个推进器构成ROV的动力系统，这种推进器布置方式不仅可以为ROV提供良好的动力，而且具有优秀的机动性；所述上位机包括机器人通信单元、抓取机械臂显示单元、航迹显示单元、航线添加单元、机器人数据显示单元、数据发送单元；机器人通信单元，用于根据输入的不同ROV的IP通过Port端口号连接ROV，并与相应的ROV进行通信；抓取机械臂显示单元，根据连接机械手的串口接收和显示机械臂数据；航迹显示单元，根据UWB串口接收UWB数据，解析数据并在地图上显示ROV当前位置；航线添加单元，根据用户的输入在地图上添加、删除航线并在当前地图上显示航线；机器人数据显示单元，接收并显示连接状态的ROV数据；数据发送单元，用于根据用户选择对连接状态下的ROV发送操作指令数据，进而控制ROV的运动。2.根据权利要求1所述的一种多水下机器人协同跟踪控制算法验证系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈展翱，王泽彧，孙延超，刘宇航，冯睿，黄祥宏，毕意翔，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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