[实用新型]一种微型水下机器人矢量布置推进器推力分配装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水下机器人推进器控制技术，具体的说是微型水下机器人矢量布置推进器推力分配装置。

背景技术

微型水下机器自带能源，一次下水过程中不能进行能源的补给，所以如何高效的利用有限的能源是水下机器人综合能力的重要指标。在消耗能源的部件中，推进器无疑是最高的一个部件，推进器使微型ROV产生了前进的动力。目前，推进器的矢量布置被广泛采用，这种布置方法可以以最少的推进器个数获得最多的自由度。科学合理的推进器推进分别算法可以充分发挥失量布置充推进器的优势，不仅提高动力，而且节省能源。节约能源对于自带电池工作的微型ROV来说十分关键，现有技术往往忽略了微型ROV推进器的节能因素；微型ROV推进器功率小，额定电压低，若不注意对控制电压的滤波处理，很容易对推进器造成损坏。

实用新型内容

针对现有技术中存在的微型ROV推进器节能技术和推进器保护技术中存在的不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够最大限度降低推进器带来的系统能量损耗且对推进器进行过压保护的微型水下机器人矢量布置推进器推力分配装置

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型微型水下机器人矢量布置推进器推力分配装置包括：控制信号产生单元、微控制器以及电压输出单元，其中：控制信号产生单元产生电压控制信号，输出至微控制器；微控制器对电压控制信号进行处理，生成实际的电压控制信号至电压输出单元；电压输出单元将实际的电压控制信号施加到机器人矢量布置推进器上；微控制器及电压输出单元均为PC104总线接口；电压输出单元的输出电压范围为-10伏～10伏。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.采用最小损耗推力分配算法最大限度的降低了推进器带来的系统能量损耗，经过尖峰值去除方法去除了可能产生的对推进器造成损害的过大的电压或脉冲，保证了系统安全运行，推力/电压转换方法可以将计算得到的推力转换为推进器能够接受和识别的模拟电压值，保证控制效果的实现。ARM微控制器不仅处理速度快，还有效降低系统能耗，特备适合微型ROV这一类自带能源的潜水器采用，linux系统有效的保证了系统实时性和控制效果。PM511PU通过ARM微控制器的控制能够产生和-10～10V的控制电压。

附图说明

图1为本实用新型采用的方法流程图；

图2为本实用新型采用的方法中尖峰值去除方法流程图；

图3为本实用新型采用的方法中推力/电压转换方法流程图；

图4为本实用新型结构框图；

图5为本实用新型实施例电气连接图。

具体实施方式

本实用新型基于ARM控制器、linux操作系统的微型ROV矢量布置推进器(推进器个数：3个)的推力分配装置。

本实用新型如图4所示，包括：控制信号产生单元、微控制器以及电压输出单元，其中：控制信号产生单元产生电压控制信号，输出至微控制器；微控制器对电压控制信号进行处理，生成实际的电压控制信号至电压输出单元；电压输出单元将实际的电压控制信号施加到机器人矢量布置推进器上。控制信号由信号产生装置产生，本例中为控制单杆，控制单杆可以产生前进、侧移、潜浮三个方向的控制信号，信号以电压的形式产生。如图5所示，ARM微控制器采用ATMEL公司生产的ARM9200E微控制器，该控制器的频率为200MHz，足以满足实时性的要求。操作系统采用RedHatLinux9.0。该操作系统是linux家族中的一支，具有操作界面友好和驱动程序丰富的特点。将该系统移植到ARM9200E中并安装PC104驱动。在ARM9200E的PC104接口上连接数据卡，这里为北京中泰研创的PM511PU。该数据卡具有标准PC104接口，可以方便的插接到ARM9200E上，该卡具有模拟量输出功能，可以输出模拟电压到推进器，控制其动作。

在ARM微控制器中通过虚拟机安装linux操作系统，在操作系中安装PC104总线驱动，以备扩展PC104总线数据处理卡使用。通过ARM微控制器的PC104总线扩展PC104标准的数据处理卡，产生电压信号并连接至推进器产生推力。根据推进器个数形成推力分配矩阵，并根据极值理论通过导数计算方法产生最小损耗的唯一推力分配矩阵。将该唯一最小能耗推力分配矩阵的结果经过尖峰值去除方法的过滤，再通过推力/电压转换方法转换成实际控制电压，最后将该电压输送给推进器，产生推力。

如图1所示，本实用新型微型水下机器人矢量布置推进器推力分配装置采用的方法包括以下步骤：

以矢量布置推进器推力分配能耗矩阵做为计算推力的依据；