超小型水下机器人控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水下机器人控制系统，具体地说是一种超小型水下机器人控制系统。
【背景技术】
[0002]水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主操作方式、使用机械或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置。它作为一种高技术手段，在海洋开发和利用中扮演重要角色，其重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间的作用。超小型水下机器人主要用于浅海海底、江河湖泊、港口的地形水质考察，搜索失事沉船，对失事水域现场进行测量，研宄水下资源。
[0003]目前超小型水下机器人在运动控制中，要获得某些回路的状态量会导致成本很大且可重复性很差。在有些实验室条件下，由于设计过程中各种条件的限制，所获得的信息也只有航向角速度、航向角加速度、深度以及距障碍物的距离，且未实现对控制对象的闭环控制，也未有效获得水下机器人的姿态信息。在水下的作业精度相比陆地的运动机器人较低，因其质量较小所以易受外部干扰，但随着超小型水下机器人应用越来越广泛，对其精度也提出了更高的要求。故获取有效的姿态信息和姿态的精确定位是控制系统的关键，选取高精度的倾角传感器，对于姿态的确定至关重要，对控制系统的精确设计也是关键。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于针对超小型水下机器人控制系统需要去精确定位的要求，提供一种超小型水下机器人控制系统。该系统以高精度的倾角传感器作为信号源，实现了信号无损失的长距离传输，且采用闭环控制系统满足了控制系统精确控制的要求。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0006]一种超小型水下机器人控制系统，包括倾角传感器、TTL转RS232模块、RS232转TTL模块、单片机、步进电机驱动器、步进电机和PC机，所述倾角传感器安装在水下机器人水下部分里，倾角传感器依次连接TTL转RS232模块、RS232转TTL模块和单片机，所述单片机分别连接步进电机驱动器和PC机，所述步进电机驱动器与步进电机连接；所述倾角传感器测量水下机器人在水下的倾角，并将所测倾角转化为TTL电平信号送至TTL转RS232模块；所述TTL转RS232模块将所测得倾角的TTL电平信号转化为232电平信号，并从水下到水上长距离将信号传输至RS232转TTL模块，所述RS232转TTL模块将232电平信号转化为TTL电平信号传输至单片机；所述单片机将TTL电平倾角信号进行处理、分析，并将处理过的倾角信号传送给PC机，同时发出控制信号给步进电机驱动器；所述步进电机驱动器控制所述步进电机驱动水下机器人的传动机构工作。
[0007]与现有技术相比，本实用新型具有如下的优点:
[0008]本系统以高精度的倾角传感器作为信号源，并实现了信号无损失的长距离传输，通过自动平衡系统不断通过对比水下机器人的倾斜角度和步进电机的转角状态，输出步进电机的控制信号，采用闭环控制系统满足了控制系统精确控制的要求。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型原理框图。
[0010]图2是PC机的人机交互界面图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0012]如图1所示，一种超小型水下机器人控制系统，包括倾角传感器、TTL转RS232模块、RS232转TTL模块、单片机、步进电机驱动器、步进电机和PC机，所述倾角传感器安装在水下机器人水下部分里，倾角传感器依次连接TTL转RS232模块、RS232转TTL模块和单片机，所述单片机分别连接步进电机驱动器和PC机，所述步进电机驱动器与步进电机连接；所述倾角传感器测量水下机器人在水下的倾角，并将所测倾角转化为TTL电平信号送至TTL转RS232模块；所述TTL转RS232模块将所测得倾角的TTL电平信号转化为232电平信号，并从水下到水上长距离将信号传输至RS232转TTL模块，所述RS232转TTL模块将232电平信号转化为TTL电平信号传输至单片机；所述单片机将TTL电平倾角信号进行处理、分析，并将处理过的倾角信号传送给PC机，同时发出控制信号给步进电机驱动器；所述步进电机驱动器控制所述步进电机驱动水下机器人的传动机构工作。
[0013]本实例优选双轴数字倾角传感器，利用3D-MEMS技术同时配合有修正软件及ASIC处理电路实现对X轴、Y轴的倾角检测，是一款高分辨率、高精度、大测量范围、低功耗的数字倾角传感器。
[0014]所述TTL转RS232模块将不适于长距离信号传输的TTL电平信号转化为适于长距离信号传输的232电平信号，且采用RS232传输电缆可将传输距离增大到15米，增大了水下机器人的工作空间。
[0015]本实例优选ATMEL公司的8位系列单片机ATmegal28的最高配置的一款单片机，其稳定性极高，应用极其广泛。其空闲模式时CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作，寄存器的内容则一直保持；省电模式时异步定时器继续运行，以允许用户维持时间基准，器件的其他部分则处于睡眠状态；Standby模式时振荡器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式则允许振荡器和异步定时器继续工作，能保证水下机器人控制系统较低的功耗。
[0016]步进电机驱动器用于提高步进电机的准确率，细分步进电机的脉冲，提高输出电流。
[0017]本实例优选42步进电机，通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，确保位置误差不会积累，与数组设备兼容，能够直接接收数字信号，实现快速起停。
[0018]PC机作为上位机用于控制单片机并显示结果。最终的显示界面如图2所示。
【主权项】
1.一种超小型水下机器人控制系统，其特征在于:包括倾角传感器、TTL转RS232模块、RS232转TTL模块、单片机、步进电机驱动器、步进电机和PC机，所述倾角传感器安装在水下机器人水下部分里，倾角传感器依次连接TTL转RS232模块、RS232转TTL模块和单片机，所述单片机分别连接步进电机驱动器和PC机，所述步进电机驱动器与步进电机连接；所述倾角传感器测量水下机器人在水下的倾角，并将所测倾角转化为TTL电平信号送至TTL转RS232模块；所述TTL转RS232模块将所测得倾角的TTL电平信号转化为232电平信号，并从水下到水上长距离将信号传输至RS232转TTL模块，所述RS232转TTL模块将232电平信号转化为TTL电平信号传输至单片机；所述单片机将TTL电平倾角信号进行处理、分析，并将处理过的倾角信号传送给PC机，同时发出控制信号给步进电机驱动器；所述步进电机驱动器控制所述步进电机驱动水下机器人的传动机构工作。
【专利摘要】本实用新型涉及一种超小型水下机器人控制系统，包括倾角传感器、TTL转RS232模块、RS232转TTL模块、单片机、步进电机驱动器、步进电机和PC机，所述倾角传感器安装在水下机器人水下部分里，倾角传感器依次连接TTL转RS232模块、RS232转TTL模块和单片机，所述单片机分别连接步进电机驱动器和PC机，所述步进电机驱动器与步进电机连接。本系统以高精度的倾角传感器作为信号源，并实现了信号无损失的长距离传输，通过自动平衡系统不断通过对比水下机器人的倾斜角度和步进电机的转角状态，输出步进电机的控制信号，采用闭环控制系统满足了控制系统精确控制的要求。
【IPC分类】G05D1/08
【公开号】CN204695104
【申请号】CN201520166663
【发明人】翟宇毅, 张国亮, 朱勇剑
【申请人】上海大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年3月24日