【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及rov水下机器人控制，具体涉及一种损伤检测与修复智能作业rov控制系统及其控制方法。
技术介绍
1、近年来，海洋智能作业装备作为海洋能源生产、海洋资源勘查等工程的重要依托，发挥着越来越关键作用，国内水下作业机器人的理论研究和样机验证取得了长足进步，而依托水下智能作业装备独立进行海洋大型构筑物得智能检测、作业，目前仍属空白。
2、由于水下机器人的几何外形结构复杂、超长脐带缆影响、机械手运动影响、环境复杂干扰源较多、复合驱动模式等，水下机器人控制系统对于保持控制姿态的稳定性、响应的快速性，及位置的准确性等问题具有较大控制难度。
3、早期的控制方法是传统的pid控制，由于其结构简单，参数调整方便，控制效果好，在工业控制中得到了广泛的应用。但考虑到水下环境的复杂性、rov控制系统在实际应用中的不确定性和非线性，对于保持控制姿态的稳定性、响应的快速性，及位置的准确性等问题，传统的pid控制效果并不理想。同时，在rov姿态控制研究中提出了许多控制算法，如自适应控制、鲁棒控制、滑模控制和神经网络控制等。但上述智能控制方法的参数调试繁琐，分析复杂性高，适应性不强，因此在工程实践中尚未得到广泛应用。
4、因此，要兼顾完成与水面控制系统通信，水下rov状态监测，rov运动与作业控制等任务，要求损伤检测与修复智能作业rov控制系统软件的设计要兼顾实时性、通用性、可扩展性，对搭载平台智能航行与作业定位控制系统设计研发、配套深海机械手控制系统设计及硬件研发等关键问题进行研究和突破十分必要。
>技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种损伤检测与修复智能作业rov控制系统及其控制方法，本专利技术能够实现水下损伤检测与修复、自动贴壁和复合驱动模式，能够大幅度的提高水下机器人的姿态稳定性、响应的速度性和采集数据的实时性。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种损伤检测与修复智能作业rov控制系统，包括：位于地面的水上控制子系统和位于水下rov机器人的水下控制子系统；
4、所述水上控制子系统用于接收工作模式的选择指令和水下控制系统采集的数据，解算转换为运动控制指令，向水下控制系统发送运动控制指令；
5、所述水下控制子系统包括数据采集单元、运动控制单元、具体执行单元和通信单元；
6、所述数据采集单元用于采集rov实时姿态及传感器原始数据；
7、所述运动控制单元用于将传感器原始数据进行融合解算得到rov实时深度值与姿态信息，通过通信单元中的tcp协议将姿态深度值传送到水上控制子系统，与水上控制子系统进行数据交互，根据水上控制子系统的运动控制指令完成相应运动控制，对预期的位置和姿态信息采用串行pid算法进行控制运算，并将运算结果发送给具体执行单元，对不同方向位置的推进器的推力值进行计算并发送至相应的推进设备；
8、所述具体执行单元用于控制水下rov机器人实现损伤检测与修复智能作业。
9、作为优选的技术方案，所述水上控制子系统包括遥控单元、上位机及显示单元；
10、所述遥控单元用于选择水下rov机器人的工作模式，根据水下控制系统采集的数据对水下rov机器人预定的位置和姿态发送至水下控制子系统；
11、所述上位机通过决策处理获得对每个推进器施加的推力值，并将每个推进器的推力值和计算出的串级pid输出值进行累加整合，得到推进器的最终推力值，将最终推力值转换成dac控制信号后发送至运动控制单元；
12、所述显示单元用于显示相关数据。
13、作为优选的技术方案，所述显示单元设有主界面、监控界面、调试界面、导航界面、状态显示界面、声呐图像界面和激光尺界面。
14、作为优选的技术方案，所述数据采集单元用于将rov实时姿态及传感器原始数据传输至运动控制单元，还实时采集执行器件的控制量与返回量；
15、所述传感器原始数据包括导航仓采集数据、位置数据和舱体内外环境数据；
16、所述rov实时姿态包括当前运动模式、当前控制量和组件状态数据；
17、所述执行器件包括：陀螺仪、深度传感器、照明灯、摄像头、声呐、惯性导航系统ins、超短基线usbl、gps、温盐深仪ctd、多普勒计程仪dvl、气压传感器、漏水检测计、凝露计、温湿度计、云台；
18、所述陀螺仪用于计算出机器人当前的航向角度、俯仰角度、横滚角度、以及机器人在空间坐标系x、y、z三个轴上的速度和角速度；
19、所述深度传感器采用压力式传感器，采集不同深度的压力值，通过压力转换计算出实际的深度，换算出当前的水深；
20、所述超短基线usbl用于通过声学测距得到水下机器人的位置信息；
21、所述多普勒计程仪dvl用于利用发射的声波和接收的水底反射波之间的多普勒频移测量水下机器人相对于壁面的航速和距离。
22、作为优选的技术方案，所述运动控制单元采用串级pid控制方法进行控制，以加速度和角速度控制作为内环控制，以深度、姿态角和航向角控制作为外环控制；
23、给定姿态角或深度的参考值，经外环pid控制算法计算后得到姿态角速度或加速度的参考值，经内环pid控制算法计算得到rov姿态控制输入值。
24、作为优选的技术方案，所述具体执行单元包括云台、照明灯、推进器、清理刷、射流工具、磨机、水下焊接工具和机械手。
25、作为优选的技术方案，还设有电源单元，分别与水上控制子系统和水下控制子系统进行电性连接，用于提供电源；
26、所述水上控制子系统与水下控制子系统通过脐带缆连接，所述电源单元内设有光端机，用于将脐带缆中的光信号转换成电信号。
27、本专利技术还提供一种损伤检测与修复智能作业rov控制方法，设有上述损伤检测与修复智能作业rov控制系统，该方法包括下述步骤：
28、水上控制子系统向水下控制子系统下发指令，并启动水下rov机器人；
29、数据采集单元采集rov实时姿态及传感器原始数据；
30、水上控制子系统接收到传感器原始数据后，与设置的预定值对比，将对比差值结合实时遥控指令，以及前进后退攀爬指令，同时下发至水下控制子系统的运动控制单元；
31、所述运动控制单元将传感器原始数据进行融合解算得到rov实时深度值与姿态信息，通过通信单元中的tcp协议将姿态深度值传送到水上控制子系统，与水上控制子系统进行数据交互；
32、所述运动控制单元接收到指令后，对指令数据进行解算，具体包括：
33、选定水下rov机器人的工作模式，对预期的位置和姿态信息采用串行pid算法进行控制运算，并将运算结果发送给具体执行单元，具体执行单元根据运算结果对水下rov机器人进行控制，实现损伤检测与修复智能作业。
34、作为优选的技术方案，所述水下rov机器人的工作模式包括自动控制模式本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，包括：位于地面的水上控制子系统和位于水下ROV机器人的水下控制子系统；
2.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，所述水上控制子系统包括遥控单元、上位机及显示单元；
3.根据权利要求2所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，所述显示单元设有主界面、监控界面、调试界面、导航界面、状态显示界面、声呐图像界面和激光尺界面。
4.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，所述数据采集单元用于将ROV实时姿态及传感器原始数据传输至运动控制单元，还实时采集执行器件的控制量与返回量；
5.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，所述运动控制单元采用串级PID控制方法进行控制，以加速度和角速度控制作为内环控制，以深度、姿态角和航向角控制作为外环控制；
6.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，所述具体执行单元包括云台、照明灯、推进器、清理刷、射
7.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，其特征在于，还设有电源单元，分别与水上控制子系统和水下控制子系统进行电性连接，用于提供电源；
8.一种损伤检测与修复智能作业ROV控制方法，其特征在于，设有上述权利要求1-7任一项所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制系统，该方法包括下述步骤：
9.根据权利要求8所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制方法，其特征在于，所述水下ROV机器人的工作模式包括自动控制模式、攀爬模式、手动模式、加锁和解锁模式；
10.根据权利要求9所述的损伤检测与修复智能作业ROV控制方法，其特征在于，姿态和定深定高闭环控制的具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种损伤检测与修复智能作业rov控制系统，其特征在于，包括：位于地面的水上控制子系统和位于水下rov机器人的水下控制子系统；
2.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业rov控制系统，其特征在于，所述水上控制子系统包括遥控单元、上位机及显示单元；
3.根据权利要求2所述的损伤检测与修复智能作业rov控制系统，其特征在于，所述显示单元设有主界面、监控界面、调试界面、导航界面、状态显示界面、声呐图像界面和激光尺界面。
4.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业rov控制系统，其特征在于，所述数据采集单元用于将rov实时姿态及传感器原始数据传输至运动控制单元，还实时采集执行器件的控制量与返回量；
5.根据权利要求1所述的损伤检测与修复智能作业rov控制系统，其特征在于，所述运动控制单元采用串级pid控制方法进行控制，以加速度和角速度控制作为内环控制，以深度、姿态角和...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈超核，江梦洁，董迎恺，刘鲲，梁富琳，贾广言，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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