一种水下检测周围物块方向角的控制装置制造方法
【专利摘要】一种水下检测周围物块方向角的控制装置，包括超声波接收探头Y1、Y2、超声波发射探头、扩音口、直流无刷电机、转台和控制器，所述转台旁安装有控制器，转台上安装有直流无刷电机，直流无刷电机的转轴上安装有一个超声波发射探头和两个超声波接收探头Y1、Y2，超声波接收探头Y1、Y2位于超声波发射探头的正上方，超声波发射探头上设有扩音口，控制器通过导线和超声波接收探头Y1、Y2、超声波发射探头、直流无刷电机相连接，控制器内设有超声波方向角测量电路；提高了发现目标物块的精度，具有运行费用低、结构简单的特点，可以给水下机械手的自主作业提供一种新思路，使用相当的方便。
【专利说明】—种水下检测周围物块方向角的控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水下检测周围物块方向角的控制装置，属于自动化设备领域。
【背景技术】
[0002]自主作业能力的水下机械手技术在一定程度上标志着一个国家的海洋高科技的发展水平。当前，水下机械手广泛运用主从式进行作业，作业过程需要操作员的操控，操控机械手末端执行器则需要操作员特别集中精力，通常操作员会疲劳紧张，作业精度得不到保证，倘若在不利的海况下更是如此。此外，受到复杂水动力的影响，水下机械手伺服控制特性会发生改变，精密作业也难实现。
[0003]鉴于当今水下机械手遥控作业高度依赖于操作员，其操作繁琐且难以保证作业精度的情况，目前是一个急需解决的问题。为改善这种情况，本发明专利提供了一种水下检测周围物块方向角的方案，它可以实现水下机械手对周围物块的方向识别，从而达到自主作业的目标，因而减少了操作员参与的环节。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种水下检测周围物块方向角的控制装置。
[0005]本发明要解决的问题是现有水下机械手遥控作业高度依赖于操作员的不足。
[0006]为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是:
一种水下检测周围物块方向角的控制装置，包括超声波接收探头Y1、Y2、超声波发射探头、扩音口、直流无刷电机、转台和控制器，所述转台旁安装有控制器，转台上安装有直流无刷电机，直流无刷电机的转轴上安装有一个超声波发射探头和两个超声波接收探头Y1、Υ2，超声波接收探头Yl、Υ2位于超声波发射探头的正上方，超声波发射探头上设有扩音口，控制器通过导线和超声波接收探头Υ1、Υ2、超声波发射探头、直流无刷电机相连接，控制器内设有超声波方向角测量电路。
[0007]所述超声波方向角测量电路内的超声波接收探头Yl、Υ2分别与电阻Rl、R8的一端相连接，电阻R1、R8的另一端分别与集成运放ICla、IClb的反向端相连接，电阻R3、R10分别接在集成运放ICla、IClb的同向端，町、1?2、1?3、1(:1&和R8、R9、R1、IClb分别构成两路运算放大电路，C1、L1和C3、L2分别构成两路LC选频电路，电阻R4、R11分别与电压比较器IC2a、IC2b的反相端相连接，电阻R5、R12分别接在电压比较器IC2a、IC2b的同向端，电压比较器IC2a、IC2b的输出端分别与电阻R6、R13的一端相连接，电压比较器IC2a、IC2b的输出端接在异或门IC3的输入端，异或门IC3的输出端是电阻R7与电容C2所构成的选频滤波电路的输入端。
[0008]所述超声波方向角测量电路内的超声波接收探头Yl、Y2接收来自障碍物返回的超声波回响信号，超声波接收头内部包含有一个调谐电路，使得只有频率接近40Khz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤，通过以运算放大器ICla、IClb为关键元器件的放大电路把接收到的超声波回响信号进行放大，然后通过电容C1和电感L1组成的选频电路再一次进行滤波处理，选频之后的两路正弦信号再分别经过电压比较器IC2a、IC2b进行对地比较，利用电阻R6进行限流后，使得两路电压比较器IC2a、IC2b分别输出一路TTL电平，即U0l、U02 ;^。2是占空比接近50%的方波，频率都是接近40KHz，但存在一定的相位差，通过检测这两路占空比接近50%方波相位的超前或者滞后来判定前方物块位于超声波接收器的左边或者右边。
[0009]本发明的优点是:能够在水下检测周围物块的方向角，便能控制水下机械手运动到物块的附近，从而机械手可以对物块实施相应的动作；它克服了水下机械手作业过程中过多的人工参与环节，实现了水下作业机械手的准确位移控制和自主作业，提高了发现目标物块的精度，具有运行费用低、结构简单的特点，可以给水下机械手的自主作业提供一种新思路，使用相当的方便，应具有广泛的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明一种水下检测周围物块方向角的控制装置的立体图；
图2是本发明一种水下检测周围物块方向角的控制装置超声波方向角测量电路的原理图；图中:1、超声波接收探头￥1、Y22、超声波发射探头3、扩音口 4、直流无刷电机 5、转台6、控制器。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
[0012]一种水下检测周围物块方向角的控制装置，包括超声波接收探头Y1、Y2、超声波发射探头2、扩音口 3、直流无刷电机4、转台5和控制器6,所述转台5旁安装有控制器6,转台5上安装有直流无刷电机4，直流无刷电机4的转轴上安装有一个超声波发射探头2和两个超声波接收探头Υ1、Υ2，超声波接收探头Υ1、Υ2位于超声波发射探头2的正上方，超声波发射探头2上设有扩音口 3，控制器6通过导线和超声波接收探头Υ1、Υ2、超声波发射探头2、直流无刷电机4相连接，控制器6内设有超声波方向角测量电路。
[0013]所述超声波方向角测量电路内的超声波接收探头Yl、Υ2分别与电阻Rl、R8的一端相连接，电阻R1、R8的另一端分别与集成运放ICla、IClb的反向端相连接，电阻R3、R10分别接在集成运放ICla、IClb的同向端，Rl、R2、R3、ICla和R8、R9、R1、IClb分别构成两路运算放大电路。Cl、L1和C3、L2分别构成两路LC选频电路，电阻R4、R11分别与电压比较器IC2a、IC2b的反相端相连接，电阻R5、R12分别接在电压比较器IC2a、IC2b的同向端，电压比较器IC2a、IC2b的输出端分别与电阻R6、R13的一端相连接，电压比较器IC2a、IC2b的输出端接在异或门IC3的输入端，异或门IC3的输出端是电阻R7与电容C2所构成的选频滤波电路的输入端。
[0014]所述超声波方向角测量电路内的超声波接收探头Yl、Y2接收来自障碍物返回的超声波回响信号，超声波接收头内部包含有一个调谐电路，使得只有频率接近40Khz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤，通过以运算放大器ICla、IClb为关键元器件的放大电路把接收到的超声波回响信号进行放大，然后通过电容C1和电感L1组成的选频电路再一次进行滤波处理，选频之后的两路正弦信号再分别经过电压比较器IC2a、IC2b进行对地比较，利用电阻R6进行限流后，使得两路电压比较器IC2a、IC2b分别输出一路TTL电平，即H ;^。2是占空比接近50%的方波，频率都是接近40KHZ，但存在一定的相位差，通过检测这两路占空比接近50%方波相位的超前或者滞后来判定前方物块位于超声波接收器的左边或者右边。
[0015]超声波回响信号处理电路设计的关键部分就在于把两路有一定相位差的方波通过异或门IC3变成另外一种占空比、频率的方波，并通过电阻R7和C2组成的低通选频电路进行滤波处理，从而把两路超声波回响信号的相位差大小转换为输出的稳定的恒定直流电压Uo2的大小，因而，水下前方物块的方向角与一对超声波接收头Yl、Y2测得的两个回响信号的相位差成一定线性关系。
[0016]本发明的工作原理:超声波接收探头大小及间距的选取会对系统的性能有着很大的影响，它直接决定了方向角检测的精度，首先，这个时间差不能做的太大，也不能做的太小，针对频率为40KHz的超声波，时间差最大不能大于25 μ S，否则会干扰方向角的正常测量，时间差最小值要根据控制器内嵌入式系统的中断响应时间来确定，因此，两个超声波接收探头Yl、Υ2的尺寸大小和两个超声波接收探头Yl、Υ2在PCB板上的距离必须根据实验进行调整，太大不可取。只要嵌入式系统的外部中断响应速度足够快，小一点倒无妨。嵌入式系统U2控制超声波发射电路发出频率为40ΚΗζ、周期为25 μ S的超声波信号。当水下检测前方物块方向角装置的周围没有物块时，超声波接收探头Υ1、Υ2接收不到回波信号，嵌入式系统U2也就不能检测到接近40ΚΗζ的两路方波信号，那么水下检测前方物块方向角装置会以某一速度不停地旋转来搜索周围的物块，旋转过程中的转盘的实时位置通过电位器转换为对应的输出电压，通过模数转换器处理后交给嵌入式系统U2，嵌入式系统U2处理并计算出旋转角度值a i，超声波发射信号一旦碰到前方的障碍物后便立即返回，使得超声波接收探头Yl、Y2检测到回波信号，嵌入式系统U2通过外部中断引脚来判定Yl、Y2对应的方波信号U0l、Uo3的相位超前或滞后(判断相位超前或滞后的方法是由嵌入式系统U2检测中断响应的时间先后)，如果Uu的相位超前U&，代表物块位于超声波接收器轴线的偏左方向，那么当U0l的相位滞后Uo3时,代表物块位于超声波接收器轴线的偏右方向，图一中的输出信号υο2为一直流量，直流电压Uo2的大小与两路回响信号的相位差成线性关系，把直流量U&进行模数转后，便可以交给嵌入式系统U2处理并转换，便可得到前方物块相对于超声波接收器轴线的方向角α2 ;由此，可以计算得到水下周围物块的绝对方向角大小，即绝对方向角的大小=旋转角度值ct 1+相对方向角值α 2 ;转台由无刷直流电机带动，当搜寻到物块时，控制器控制转台上的无刷直流电机立即停止转动，并自动开始计算方向角，因此大大提高了智能化水平。
【权利要求】
1.一种水下检测周围物块方向角的控制装置，包括超声波接收探头Yl、Y2、超声波发射探头(2)、扩音口(3)、直流无刷电机(4)、转台(5)和控制器(6)，其特征是:所述转台(5)旁安装有控制器(6)，转台(5)上安装有直流无刷电机(4)，直流无刷电机(4)的转轴上安装有一个超声波发射探头(2)和两个超声波接收探头Yl、Y2，超声波接收探头Yl、Y2位于超声波发射探头(2 )的正上方，超声波发射探头(2 )上设有扩音口( 3 )，控制器(6 )通过导线和超声波接收探头Yl、Y2、超声波发射探头(2 )、直流无刷电机(4)相连接，控制器(6 )内设有超声波方向角测量电路。
2.根据权利要求1所述的一种水下检测周围物块方向角的控制装置，其特征是:所述超声波方向角测量电路内的超声波接收探头Yl、Y2分别与电阻Rl、R8的一端相连接，电阻R1、R8的另一端分别与集成运放ICla、IClb的反向端相连接，电阻R3、R10分别接在集成运放ICla、IClb的同向端，町、1?2、1?3、1(:1&和R8、R9、R10、IClb分别构成两路运算放大电路，Cl、LI和C3、L2分别构成两路LC选频电路，电阻R4、Rll分别与电压比较器IC2a、IC2b的反相端相连接，电阻R5、R12分别接在电压比较器IC2a、IC2b的同向端，电压比较器IC2a、IC2b的输出端分别与电阻R6、R13的一端相连接，电压比较器IC2a、IC2b的输出端接在异或门IC3的输入端，异或门IC3的输出端是电阻R7与电容C2所构成的选频滤波电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种水下检测周围物块方向角的控制装置，其特征是:所述超声波方向角测量电路内的超声波接收探头Yl、Y2接收来自障碍物返回的超声波回响信号，超声波接收头内部包含有一个调谐电路，使得只有频率接近40Khz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤，通过以运算放大器ICla、IClb为关键元器件的放大电路把接收到的超声波回响信号进行放大，然后通过电容Cl和电感LI组成的选频电路再一次进行滤波处理；选频之后的两路正弦信号再分别经过电压比较器IC2a、IC2b进行对地比较，利用电阻R6进行限流后，使得两路电压比较器IC2a、IC2b分别输出一路TTL电平，即Uo1、Uo2， Ut52是占空比接近50%的方波，频率都是接近40KHz，但存在一定的相位差；通过检测这两路占空比接近50%的方波的相位的超前或者滞后来判定前方物块位于超声波接收器的左边或者右边。
【文档编号】G01S3/802GK104407320SQ201410681561
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】周乃义, 刘国平, 陈庭勋, 李抗 申请人:浙江海洋学院