一种新型水下机器人控制系统设计

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1、圈圜圆lAcademic·Papers一种新型水下机器人控制系统设计木DesignofANewTypeControlSystemforUnderwaterRobot谢子逸翟宇毅(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要：介绍了一种基于嵌入式实时操作系统和数字信号处理器的水下机器人控制系统设计方案，阐述了运动控制与传感模块、主控制模块、人机交互界面和无线通信模块。该系统具有控制灵活、可靠性高等优点。实际应用表明该控制系统具有良好的实时l生和鲁棒性。关键词：水下机器人嵌入式c++Builder控制系统doi：10．3969／j．is

2、sn．1007-080X．2009．09．005Abstract：ThepaperintroducesaunderwaterrobotcontrolsystembasedonDigitalSignalProcessors(DSPs)andakindofembeddedReal—TimeOperatingSystem(RTOS)wasdescribed．Thefourmainmodules，namelymotioncontrolandsensemodule，maincontrolmodule，human—machineinterface，an

3、dwirelesscommunicationmodule，arediscussed．Thesystemthusacquiresmanyadvantagessuchasmodularstructure，controlflexibilityandhighreliability．Theactualapplicationresultsrevealthatthesystemownsgoodreal-timeresponseandrobustness．Keywords：underwaterrobotembeddedsystemC++Buildercon

4、trolsystem0引言在整个系统设计中．机器人由两个直流电机和一个步进电水下机器人研究是机器人技术的一个重要领域由于机器机实现运动控制安装在机器人后端的两个直流电机．通过人要通过与环境的互动完成既定的任务．所以其控制系统的信PWM脉宽调制的方法驱动．保证机器人能够实现任意调速控息处理能力和实时控制性能从根本上决定了其整体性能制。步进电机控制机器人浮筒的伸缩，实现机器人的潜浮运动。嵌入式系统具有微内核，系统精简，强实时性、专用性强等声纳安装在机器人的上部．它和安装在机器人四周的超声波环特点．特别适合具有实时性能要求的机电控制系统。在控制任

5、一起．帮助机器人在复杂的水下环境中有效识别周围的障碍务比较单一、控制逻辑结构比较简单的应用系统中，控制软件物．实现避障功能。的设计相对比较容易随着控制功能和控制逻辑变得日渐复机器人前部安装有一个摄像头．通过USB接口来控制摄杂．控制系统软件设计的工作量和时间也跟着成倍增长．而且像头的转动．完成数据的采集。在主控制其嵌人式系统中集成系统实时性也会受到软件复杂度的影I~fnl为了保证系统的实一块采用802．11b／g协议的无线网卡．实时将摄像头得到的图时性．简化控制系统软件的设计．在控制系统中引入嵌入式实像数据及机器人上各个传感器的信息传回远端

6、的服务器。机器时操作系统成为越来越迫切的需要。同时，基于SOC技术的高人侧视图见图1整个系统涵盖了机器人的运动控制与图像的性能32位嵌入式微处理器的出现也为实时操作系统的引人奠采集、处理、传输以及直流电机驱动控制等技术，下面将按照不定了物质基础。由此可见，基于高性能嵌入式微处理器和实时同的功能模块对整个机器人系统进行详细描述操作系统的嵌入式实时系统必将是机电控制系统的发展方向2控制系统设计1系统架构在嵌入式控制系统的基础上．将整个系统分为主控制器模基金项目：教育部高等学校重点学科建设项目(编号：Y0102)；上海市重点学科建设项目(编号：B

7、B67)。作者简介：谢子逸硕士研究生。研究方向为检测技术与自动化装置。44机电一体化I20999iIiliAcademic·Papers主控模块上还根据需要设置了电平转换模块．以实现DSP的I／0接口电平(3-3V)与外围器件典型电平的匹配，确保DSP芯片安全在DSP与电机之间还采用了光电耦合器实现隔离。另外．机器人控制系统选用了ALTERA公司的可编程逻辑器件CPLDMAX7128实现主控制模块与外设的高速逻辑功能的输入和输出．完成对外围接口电路．如LCD液晶显示、D／A转换、USB通信模块提供片选逻辑功能信号。可编程逻辑器件的主要优点在

8、于强大的逻辑功能、高集成度．其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置．有很强的灵活性．可实现紧凑的系图1机器人侧视图统设计．提高系统的稳定性：采用CPLD对电路的修改和维护块、无线通