[实用新型]一种微型水下机器人电机控制装置

说明书

技术领域

本实用新型公开一种基于微控制器和CAN总线的微型水下机器人电机控制装置，适合微型水下机器人电机控制技术及应用。

技术背景

目前，我国正在大力发展载人潜水器(HOV，Human Occupied Vehicle)、深海空间站等水下装备。这些装备可以将操作员和科学家带到海底亲临作业现场进行观察和采样，使海洋开发作业范围得到极大扩展。微型ROV自带能源，运动灵巧，携有微型摄像机和传感器，可以扩展载人潜水器的观测范围，能深入载人潜水器不便或不敢进入的狭小复杂区域进行工作，避免危险，增加了载人潜水器的安全性；它可以从艇外拍摄载人潜水器的作业情况，对深海热液等局部区域的精细观测和作业具有重要意义；它可以预先检查载人潜水器在未知水域的坐底区域，也能进行推进器和艇体外部故障的检查；紧急情况下，它能够开启载人潜水器应急抛载机构的触发装置，帮助潜水器脱离险境。

电机是微型水下机器人的动力来源，电机控制技术对于微型水下机器人的运动控制、作业质量都有着直接的关键的影响。

微型水下机器人往往自带能源，其功耗是指标对于微型水下机器人的作业时间、作业半径等关键指标来说显得尤为重要。这就对微型水下机器人的控制器选择提出了新的要求。目前微型控制器主要有单片机、DSP、微控制器(ARM)等，ARM是RISC领域为控制器的主流，ARM具有功能强大、功耗低、集成性高等特性点，适合水下机器人领域的应用。

微型水下机器人和上位机控制器的通讯是微型水下机器人的重要技术。目前主要的通讯的手段有RS232、RS485、CAN、GPRS等等。现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。自80年代以来，有几种现场总线技术已逐渐形成，在一些特定的应用领域显示了各自的优势，CAN总线是其中比较有代表性的一种。CAN总线采用事件触发方式，它不直接支持时间确定性，而是采用了随机载波监听方式。CAN采用了ISO/OSI的3层模型：物理层、数据链路层和应用层。CAN支持的拓扑结构为总线型。传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等。采用双绞线通信时，速率为1Mbps/40m，50kbps/10km，节点数可达110个。CAN的通信介质访问方式为带优先级的CS-MA/CA。采用多主竞争式结构，不分主从。即当发现总线空闲时，各个节点都有权使用网络。在发生冲突时，采用非破坏性总线优先仲裁技术：当几个节点同时向网络发送信息时，运用逐位仲裁规则，借助帧中开始部分的标识符，优先级低的节点主动停止发送数据，而优先级高的节点可不受影响地继续发送信息，从而有效地避免了总线冲突，使信息和时间均无损失。例如，规定0的优先级高，A、B、C、D4个节点同时发送信息，最后优先级高的节点D有权发送信息，其它节点主动停止发送数据。

然而，采用基于微控制器的CAN总线通讯方式的微型水下机器人电机控制方法目前还尚未见报道。

实用新型内容

本实用新型公开一种微型水下机器人的电机控制装置，针对微型水下机器人的电机控制，提出了基于微控制器和CAN总线控制的技术路线。

为了实现上述目的，本实用新型技术解决方案包括：

CAN收发器，通过光纤与上位计算机相连；

微控制器，输入端与CAN收发器相连，实现CAN通讯的连接配置，并获得上位计算机的控制信号；还通过内置的PWM控制器将PWM电机控制信号输送给电机的电压输入接口，控制电机的正反转及转速；

电机，通过电压输出接口将电机的实际输出电压传送至微控制器，并通过微控制器将上位计算机的控制信号与电机的实际输出电压作比较，形成闭环控制；

微控制器配置有时钟电路和复位电路；微控制器与CAN收发器之间通过第一～二光电隔离器相连。

本实用新型具有如下优点：

1.采用本实用新型，可以形成电机的闭环控制，提高控制指令的响应速度；

2.本实用新型利用微控制器极高的计算速度，大大提高了系统的处理能力；

3.本实用新型采用光纤通讯，数据有效传输的距离长，传输速度快；

4.本实用新型采用CAN通讯接口增加了光电隔离，降低了干扰，提高通讯质量；

5.本实用新型控制器结构轻便小巧，适合微型水下机器人体积小的特点。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构图。

图2为控制方法所采用的控制程序流程图。

图3为图1所示电路原理图。

具体实施方式