微型水下机器人电机控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种微型水下机器人电机控制装置及控制方法，包括：ＣＡＮ收发器，通过光纤与上位计算机相连；与收发器相连的微控制器，实现ＣＡＮ通讯的连接配置，并获得上位计算机的控制信号，还通过内置的ＰＷＭ控制器将ＰＷＭ电机控制信号输送给电机的电压输入接口，控制电机的正反转及转速；还包括电机，通过电压输出接口将电机的实际输出电压传送至微控制器，并通过微控制器将上位计算机的控制信号与电机的实际输出电压作比较，形成闭环控制。采用本发明专利技术可以提高控制指令的响应速度及系统的处理能力；加之其结构轻便小巧，特别适合微型水下机器人应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种基于微控制器和CAN总线的微型水下机器人电机控制装置及控 制方法，适合微型水下机器人电机控制技术及应用。
技术介绍
目前，我国正在大力发展载人潜水器(HOV， Human Occupied Vehicle)、深海空间 站等水下装备。这些装备可以将操作员和科学家带到海底亲临作业现场进行观察和采样， 使海洋开发作业范围得到极大扩展。微型ROV自带能源，运动灵巧，携有微型摄像机和传感 器，可以扩展载人潜水器的观测范围，能深入载人潜水器不便或不敢进入的狭小复杂区域 进行工作，避免危险，增加了载人潜水器的安全性；它可以从艇外拍摄载人潜水器的作业情 况，对深海热液等局部区域的精细观测和作业具有重要意义；它可以预先检查载人潜水器 在未知水域的坐底区域，也能进行推进器和艇体外部故障的检查；紧急情况下，它能够开启载人潜水器应急抛载机构的触发装置，帮助潜水器脱离险境。 电机是微型水下机器人的动力来源，电机控制技术对于微型水下机器人的运动控 制、作业质量都有着直接的关键的影响。 微型水下机器人往往自带能源，其功耗是指标对于微型水下机器人的作业时间、 作业半径等关键指标来说显得尤为重要。这就对微型水下机器人的控制器选择提出了新的 要求。目前微型控制器主要有单片机、DSP、微控制器(ARM)等，ARM是RISC领域为控制器 的主流，ARM具有功能强大、功耗低、集成性高等特性点，适合水下机器人领域的应用。 微型水下机器人和上位机控制器的通讯是微型水下机器人的重要技术。目前主要 的通讯的手段有RS232、 RS485、 CAN、 GPRS等等。现场总线是应用在生产现场，在微机化测 量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信 的底层控制网络。自80年代以来，有几种现场总线技术已逐渐形成，在一些特定的应用领 域显示了各自的优势，CAN总线是其中比较有代表性的一种。CAN总线采用事件触发方式， 它不直接支持时间确定性，而是采用了随机载波监听方式。CAN采用了 ISO/OSI的3层模 型物理层、数据链路层和应用层。CAN支持的拓扑结构为总线型。传输介质为双绞线、同 轴电缆和光纤等。采用双绞线通信时，速率为lMbp s/40m，50kbp s/10km，节点数可达110 个。CAN的通信介质访问方式为带优先级的CS-MA/CA。采用多主竞争式结构，不分主从。 即当发现总线空闲时，各个节点都有权使用网络。在发生冲突时，采用非破坏性总线优先仲 裁技术当几个节点同时向网络发送信息时，运用逐位仲裁规则，借助帧中开始部分的标识 符，优先级低的节点主动停止发送数据，而优先级高的节点可不受影响地继续发送信息，从 而有效地避免了总线冲突，使信息和时间均无损失。例如，规定0的优先级高，A、B、C、D 4 个节点同时发送信息，最后优先级高的节点D有权发送信息，其它节点主动停止发送数据。 然而，采用基于微控制器的CAN总线通讯方式的微型水下机器人电机控制方法目 前还尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术公开公开一种微型水下机器人的电机控制装置及控制方法，针对微型水下 机器人的电机控制，提出了基于微控制器和CAN总线控制的技术路线。 为了实现上述目的，本专利技术技术解决方案如下 微型水下机器人的电机控制装置包括 CAN收发器，通过光纤与上位计算机相连； 微控制器，输入端与CAN收发器相连，实现CAN通讯的连接配置，并获得上位计算 机的控制信号；还通过内置的P丽控制器将P丽电机控制信号输送给电机的电压输入接口 ， 控制电机的正反转及转速； 电机，通过电压输出接口将电机的实际输出电压传送至微控制器，并通过微控制器将上位计算机的控制信号与电机的实际输出电压作比较，形成闭环控制； 微控制器配置有时钟电路和复位电路；微控制器与CAN收发器之间通过第一 二光电隔离器相连。本专利技术控制方法如下 首先启动系统，对微控制器进行初始化；系统进行CAN功能初始化，等待接收CAN 数据，进行CAN数据处理； CAN数据处理分为数据发送、数据接收两步骤，其中 数据发送步骤首先判断发送缓冲是否空闲，若发送缓冲空闲，则写入发送数据， 启动发送，将数据发送到上位计算机进行处理；若发送缓冲没有空闲，则报告出错，进行异 常处理； 数据接收步骤首先判断接收缓冲去是否空闲，若接收缓冲区空闲，则读出有效数 据，接着读出电机此刻的实际电压数据，将有效数据与电机此刻的实际电压数据进行比较； 若控制信号超前，则形成与控制信号同向的控制量；若控制信号落后，则形成与控制信号反 向的控制量，最后将控制量形成P丽控制信号，输出到电机上。 本专利技术具有如下优点 1.采用本专利技术，可以形成电机的闭环控制，提高控制指令的响应速度； 2.本专利技术利用微控制器极高的计算速度，大大提高了系统的处理能力； 3.本专利技术采用光纤通讯，数据有效传输的距离长，传输速度快； 4.本专利技术采用CAN通讯接口增加了光电隔离，降低了干扰，提高通讯质量； 5.本专利技术控制器结构轻便小巧，适合微型水下机器人体积小的特点。附图说明 图1为本专利技术装置的结构图。 图2为控制方法所采用的控制程序流程图。 图3为图1所示电路原理图。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术对进一步详细说明。 本专利技术微型水下机器人的电机控制装置，如图1、2所示，上位计算机通过光纤1与4CAN收发器U4(TJA1050)相连，CAN收发器U4通过光电隔离器U2 U3 (6N137)与微控制器 Ul相连，实现CAN通讯的连接配置，并获得上位机的控制信号。微控制器U1通过内置的P丽 控制器将P丽电机控制信号输送给微型水下机器人用电机的电压输入接口 ，控制电机的正 反转及转速，电机的电压输出接口将电机的实际输出电压传送至微控制器U1的AD采样接 口U7，并通过微控制器U1将与上位计算机的控制信号作比较，形成闭环控制。其中 微控制器Ul配置有时钟电路U5 (HT1380)和复位电路U6 (MAX811); 本专利技术水下机器人的电机控制方法通过存贮于微控制器中的控制程序实现，具体 流程参见图2。 首先启动系统，微控制器进行初始化；系统进行CAN功能初始化，等待接收CAN数 据，进行CAN数据处理。 CAN数据处理分为数据发送、数据接收两步骤，其中 数据发送步骤首先判断发送缓冲是否空闲，若发送缓冲空闲，则写入发送数据， 启动发送，将数据发送到上位计算机进行处理；若发送缓冲没有空闲，则报告出错，进行异 常处理。 数据接收步骤首先判断接收缓冲去是否空闲，若接收缓冲区空闲，则读出有效数 据，接着读出电机此刻的实际电压数据，将有效数据与电机此刻的实际电压数据进行比较； 若控制信号超前，则形成与控制信号同向的控制量；若控制信号落后，则形成与控制信号反 向的控制量，最后将控制量形成P丽控制信号，输出到电机上。 本实施例微控制器芯片选用PHILIPS公司的LPC2290，属ARM7系列芯片。ARM7系 列是具有ARM7TDMI内核的32位嵌入式微处理器，是目前应用很广的嵌入式RISC处理器。 该系列芯片体积小、功耗低、成本低，高性能与灵活性相结合，有较多的寄存器，提供了扩充 的增强的固定长的16/32位双指令集。此芯片自带两路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型水下机器人电机控制装置，其特征在于包括：ＣＡＮ收发器（Ｕ４），通过光纤（１）与上位计算机相连；微控制器（Ｕ１）与ＣＡＮ收发器（Ｕ４）相连，实现ＣＡＮ通讯的连接配置，并获得上位计算机的控制信号；还通过内置的ＰＷＭ控制器将ＰＷＭ电机控制信号输送给电机的电压输入接口，控制电机的正反转及转速；电机，通过电压输出接口将电机的实际输出电压通过Ｕ１内部的ＡＤ采样接口（Ｕ７）传送至微控制器（Ｕ１），并通过微控制器（Ｕ１）将上位计算机的控制信号与电机的实际输出电压作比较，形成闭环控制。

【技术特征摘要】
一种微型水下机器人电机控制装置，其特征在于包括CAN收发器(U4)，通过光纤(1)与上位计算机相连；微控制器(U1)与CAN收发器(U4)相连，实现CAN通讯的连接配置，并获得上位计算机的控制信号；还通过内置的PWM控制器将PWM电机控制信号输送给电机的电压输入接口，控制电机的正反转及转速；电机，通过电压输出接口将电机的实际输出电压通过U1内部的AD采样接口(U7)传送至微控制器(U1)，并通过微控制器(U1)将上位计算机的控制信号与电机的实际输出电压作比较，形成闭环控制。2. 按照权利要求l所述微型水下机器人电机控制装置，其特征在于微控制器(Ul)配 置有时钟电路(U5)和复位电路(U6)。3. 按照权利要求l所述微型水下机器人电机控制装置，其特征在于微控制器(Ul)与 CAN收发器(U4)之间通过第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智刚，孙凯，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]