一种小型水下机器人推进控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种小型水下机器人推进控制系统，包括：航空接插件、推进系统控制板、电机驱动器和包括多个舵机、电机的推进设备；航空接插件与推进系统控制板和电机驱动器连接；推进系统控制板与推进设备的舵机和电机驱动器连接；电机驱动器还与推进设备的电机连接。本实用新型专利技术采用模块化的设计思想，电路简单易于扩展，可移植性高；减少电路板的空间占用和电量消耗，简化控制程序，有效利用有限的定时器资源，有较高性价比；本实用新型专利技术设有推进控制系统故障检测与水下舱体安全检测功能，增强了控制系统的安全性与可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及水下机器人控制，具体地说是一种基于CAN总线的小型自治水下机器人模块化推进控制系统。
技术介绍
随着人们对海洋资源的探索与开发日益频繁与迫切，水下机器人作为一种有效载体得到了长足的发展。对于近海、河流、湖泊与水库等相对较浅的地域，小型自治水下机器人以其便携性、低成本、易用性等特点，在环境监测与水下侦查等方面得到了广泛的应用。运动与通信是水下机器人的两项重要的基本功能。对于自治水下机器人，推进系统是整体控制系统的重要组成部分，是完成机器人运动的保障；CAN总线有着实时性、可靠性、可扩展性以及可进行分布式控制等特点，适合水下机器人推进系统与主控制系统之间的通信。小型自治水下机器人因为其载体内部空间的限制，对于其控制部分的硬件体积有着严格要求，同时因为推进系统是所有水下机器人的必要组成部分，尤其对于自治水下机器人由于机动性不强，所有的推进系统功能相似，因此简单易用方便移植也是十分重要的。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本技术的目的在于提供一种小型自治水下机器人模块化推进控制系统，用于接收主控制器的控制指令，对推进系统相关装置进行控制并回传推进系统的相关信息。该系统具有良好的可移植性。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种小型水下机器人推进控制系统，包括航空接插件、推进系统控制板、电机驱动器和包括多个舵机、电机的推进设备；航空接插件与推进系统控制板和电机驱动器连接；推进系统控制板与推进设备的舵机和电机驱动器连接；电机驱动器还与推进设备的电机连接。所述推进系统控制板包括带有CAN接口的单片机、电源管理电路、安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路；带有CAN接口的单片机分别与电源管理电路、安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路相连接；电源管理电路分别与安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路相连接；所述安全监控电路包括舵机电流检测电路、漏水检测电路，温度检测电路和电机检测电路。所述舵机电流检测电路包括电流传感器；电流传感器的输入端接入电源管理电路输出的舵机供电电源；参考端和输出端分别与单片机的不同AD接口连接；参考端和输出端都串联电容接入电流传感器的接地端。所述漏水检测电路包括二极管；单片机的输入端通过串联电容接地，还通过串联电阻与二极管的正极连接，二极管的负极与推进舱内的信号线连接，二极管的正极接有上拉电阻。[0011 ] 所述温度检测电路包括温度传感器；温度传感器一端连接电源管理电路输出的电源；另一端连接电阻和电容组成的并联电路，该端还与单片机的一个AD接口相连接。所述电机检测电路将电机驱动器信号反馈端与单片机的I/O接口相连接。所述CAN通信电路包括数字隔离器和CAN总线收发器；CAN总线信号经CAN总线收发器进行信号转换后再经数字隔离器进行信号隔离，最后接入单片机的CAN端口。本技术具有以下有益效果及优点I.本技术采用模块化的设计思想，电路简单易于扩展，只需要两根电源线两根信号线即可完成所有控制，可移植性高，适合功能相似的小型自治水下机器人。2.针对水下机器人的特殊性，本技术使用集成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，有效利用有限的定时器资源，有较高性价比。3.本技术设有推进控制系统模块故障检测与水下舱体安全检测功能，增强了控制系统的安全性与可靠性。4.本技术可以适用于大部分舵机的控制，而且舵机数量原则上可以与单片机的I/o 口数量相同。附图说明图I为本技术的推进控制系统接口线路连接示意图；图2为本技术的推进控制系统控制板结构图；图3为本技术的推进控制系统控制电路板组成示意图；图4为本技术的推进控制系统控制电路板端口接线电路图；图5为本技术的推进控制系统控制电路板电源管理电路图；图6为本技术的推进控制系统控制电路板单片机端口连接电路图；图7为本技术的推进控制系统控制电路板安全监控电路图；图8为本技术的推进控制系统控制电路板舵机\电机控制电路图；图9为本技术的推进控制系统控制电路板CAN通信电路图；图10为本技术的推进系统控制方法总体流程图；图11为本技术的推进系统舵机控制方法流程图；图12为本技术的推进系统电机控制方法流程图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明。本技术包括推进控制系统接插件端口设计布置，推进控制系统控制板硬件设计与软件编写。本系统通过CAN总线与主控制计算机取得联系，接收发送而来的控制信息，由于控制方法在主控制计算机上完成，所以推进控制系统的数据传输量与计算量不大，单片机输出的控制信息通过隔离期间传送到执行机构，控制推进电机和舵机的工作。同时系统监测执行机构和环境的状态，通过CAN总线返回给主控制计算机作为其下一步控制的参考。如图I所示，本技术由四个部分组成航空接插件，推进系统控制板，主推电机驱动器，推进设备。其中航空接插件使用的是XCE24F19系列航空接插件、主推电机驱动器和推进设备是定制的防水无刷电机与配套驱动器以及SANWASDX-901舵机，对于其他型号的无刷电机，只要接口信号满足条件即可。本系统的关键部分是推进系统控制板。推进系统控制板的部分接口说明Jl中，CANH与CANL表示CAN通信的两路信号，WS/EXT与GND/EXT是连接到外部舱段的漏水检测；J2中+36V/T与GND/T表示从外部引入的推进系统供电电源J3 J6中+VD与GND/D表示舵机供电电压(+6V)，PWMO 3表示四个舵机的控制信号；J7中STEP表示P丽控制信号，DIR是方向控制，ENA是电机使能控制，FAT是电机的报警反馈，+VT与GND/T是驱动器产生的+5V电压，作为驱动电机的高低电平参考；J8中WS与GND为本系统自处理的漏水检测；接口电路见图3。如图3所示，推进系统控制板中的单片机采用AT90CAN128，安全监控电路包括舵机电流检测电路、漏水检测电路，温度检测电路和电机检测电路,舵机\电机控制电路采用光电稱合开关隔离。如图2所示，推进系统控制板包括带有CAN接口的单片机AT90CAN128、电源管理电·路、安全监控电路和舵机\电机控制电路。单片机通过CAN总线接收主控板的控制命令，控制推进设备并接收推进设备的反馈信号；电源管理电路将来自主控板的输入电源转换成三路相互独立的电源分别供给安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路；安全监控电路监测舵机故障、舱内漏水和电机故障，并将接收的推进设备的反馈信号进行处理反馈至单片机；CAN通信电路实现CAN总线与单片机的通信；舵机\电机控制电路将单片机发出的控制命令经光电耦合开关控制舵机和电机。如图4所示，J1-J7为单片机的各接口。由于不同的设备电压不同，即使电压相同有的需要进行电气隔离以增加可靠性与稳定性，因此电源管理单元将引进推进系统的电源转换为3路，分别给控制元件、通信元件和舵机供电(主推进电机供电电源不需要变化)。具体电路连接见图5，包括三个电源转换模块，将一路输入的电源转换成三路相互独立电源，简化了外部接口的设计，方便进行推进系统的电源集中管理。图5 Ca)是给舵机和电机的供电电路，将外部电池舱接入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型水下机器人推进控制系统，其特征在于包括：航空接插件、推进系统控制板、电机驱动器和包括多个舵机、电机的推进设备；航空接插件与推进系统控制板和电机驱动器连接；推进系统控制板与推进设备的舵机和电机驱动器连接；电机驱动器还与推进设备的电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种小型水下机器人推进控制系统，其特征在于包括航空接插件、推进系统控制板、电机驱动器和包括多个舵机、电机的推进设备；航空接插件与推进系统控制板和电机驱动器连接；推进系统控制板与推进设备的舵机和电机驱动器连接；电机驱动器还与推进设备的电机连接。2.根据权利要求I所述的一种小型水下机器人推进控制系统，其特征在于所述推进系统控制板包括带有CAN接口的单片机、电源管理电路、安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路； 带有CAN接口的单片机分别与电源管理电路、安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路相连接；电源管理电路分别与安全监控电路、CAN通信电路和舵机\电机控制电路相连接；所述安全监控电路包括舵机电流检测电路、漏水检测电路，温度检测电路和电机检测电路。3.根据权利要求2所述的一种小型水下机器人推进控制系统，其特征在于所述舵机电流检测电路包括电流传感器；电流传感器的输入端接入电源管理电路输出的舵机供电电源；参考端和输出端分别与单...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一平，阎述学，曾俊宝，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：