智能控制技术在微型工业水下机器人运动控制中的应用

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1、广东建材2011年第7期研究与探讨智能控制技术在微型工业水下机器人运动控制中的应用宋延伟[广州诚通金属公司(原广州南方散装水泥公司)]摘要：载人潜水器搭载微型水下机器人(下称微型ROV)应用于水下作业时，因体积和重量等原因，其自身的稳定性和定位能力较差，加之其与载人潜水器连接的电缆有可能因缠绕等原因对载人潜水器的安全构成威胁，必要时需切断电缆，造成ROV无法回收。本文针对这些问题，提出了一种微型无人ROV智能控制技术，包括水下定位技术和缆绳切断后微型ROV的自主回归技术。关键词：智能控制；微型ROV；定位；自主回归1引言能强大、功耗低、可扩展性好等特点，广泛应用于嵌

2、入式控制领域。控制系统的总线方式采用CAN总线，CAN总随着工业技术的进步，水下作业起来越多，近年来，线是一个设备互连总线型控制网络。在CAN总线上可以ROV技术取得了突飞猛进的发展。在世界范围内没，我挂接多个设备节点，各设备间可以自主相互通信，实现国在ROV技术的研究和产品开发中占有一席之地，一些复杂网络控制系统。LPC2294集成有4个CAN控制器，技术领域处于世界先进水平。微型ROV是ROV家族中特符合CAN规范CAN2．OA和CAN2．OB。需要注意的是寄存殊的一员。微型ROV体积小、重量轻，因此可以进入或接器访问由原来的8bit字节访问转变成了32bit的

3、双字近特定目标进行探测和作业，载人潜水器可以搭载微型访问。ROV，在很大程度上提升了载人潜水器的作业能力，如通微型ROV启动水下定位的指令来自于人的控制，具过微型ROV来接近危险目标和复杂环境，从而大大减少体的说来自于载人潜水器载人舱内的操作人员。载人舱载人潜水器本身所面临的危险。不仅如此，微型ROV可内的控制计算机负责显示微型ROV通过摄像机拍摄的以为载人潜水器提供清理水下障碍、剪断缆绳缠绕等服水下画面，负责实时显示微型ROV的各种状态，负责发务。但由于微型ROV体积小、重量轻，所以容易受到洋流的影响，而微型ROV作业往往需要其具有良好的定位功能以保持在水下的稳定

4、性，提高其抵御洋流扰动的能力。微型ROV自身通过光缆与上位机连接，载人舱内的操作手通过摄像机传回的图像观察ROV状态并发出控制指令，指一切都要依赖于光缆通讯的畅通。如果微型ROV电缆由于各种原因与载人潜水器发生缠绕，如果情势危急，就必须割断电缆，将ROV抛弃。从ROV技术的保密性及其自身的开发成本等因素考虑，被抛弃后的ROV应该回收。本文基于微型ROV的上述特点和需求，研究了一种基于传感器、ARM微控制器的水下定位算法和自主回归算法。2控制系统结构及流程考虑微型ROV体积、功耗等因素的限制，水下计算机采用ARM控制器飞利浦LPC2294，ARM控制器具有功图1微型K

5、OV控制系统——165——研究与探讨广东建材2011年第7期出启动定位算法的控制指令。水下和舱内计算机及信息反馈控制系统，它包括定点位置姿态信息、控制器指令、传输系统购成了微型ROV的整个控制系统，如图1所执行机构、微型ROV本体、传感器五个部分。不。状瘩输出水下计算机的控制算法程序运行于ARM芯片中，ARM芯片外加大容量存储器，存储微型ROV启动后每一时刻的运行参数，包括各种传感器值。这些数据记录是图3微型RoV定位系统原理图微型ROV从工作时刻起所走过路程的数据纪录，其用途是自主回归程序启动后微型ROV从存储器中读取保存其中，定点位置姿态信息中包含了期望ROV稳

6、定于的数据，按照“倒退”的方式靠近载人潜水器。某位置点的高度、深度、首向、纵情倾、横摇、C-PS定位点控制流程如图2所示。等信息；控制器指令中包含着由定位算法计算出的控制信息；执行机构指ROV上的各种动力输出装置；微型ROV执行控制指令；传感器检测ROY实际状态，最后与给定点的信息比对，闭环的控制ROV。4水下自主回归技术由于缆绳被切断，微型ROV的动力来自于自身的锂电池中剩余的电能，控制系统必须依赖于水下计算机AR_Ⅵ微控制器控制动力设备运动，能否提供足够的电能就成为微型ROV是否可以尽量靠近载人潜水器的一个图2控制系统流程图3水下定位技术微型水下机器人由于其体积

7、小、重量轻，极易受到洋流的冲击而难以定位于作业点，而微型水下机器人的实际应用需求往往需要微型水下机器人在一定时间内悬停于某作业点进行作业，这就对其定位技术提出较高的要求。水下定位系统的目的是使ROV操作手从对ROV的姿态控制中解脱出来，专心于切割缆绳、水下观察等其他复杂操作。根据以往经验，对于操作手来说既要对ROV姿态进行调整，又要进行其他操作是一件十分困难的事情。考虑到ARM的运算能力和存储器的扩展能力，将定位算法和自主回归算法都放置于ARM中，这样做可以放弃对缆绳的依赖，大大提到微型ROV的智能化和安全性。如图3所示，微型ROV的水下定位系统是一个闭环图4自