[发明专利]一种水下机器人

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人的控制技术领域，特别涉及一种可实时监测与控制的水下机器人。

背景技术

在海洋开发热的环境下，水下机器人的研究逐渐成为新的前沿和热点，其中就涉及到远程监控系统的设计，特别是遥控水下机器人(ROV)，水下机器人监控系统一般实现控制、观测和状态反馈等功能。

但是现有大多数水下机器人监控机的人机交互界面主要利用C语言或者VB语言进行开发，随着水下机器人的控制精度的提升，以及附加功能需求的增加，类似MFC已经无法进行快速开发，导致人机界面的开发周期变长，功能受限，人力成本增加，同时随着下潜深度的增加，传统数据传输方案也无法满足多数据的远距离实时传输需求。

发明内容

本发明克服了现有技术的缺点，提供了一种水下机器人，实现以下功能：1、利用EtherCAT实时工业现场总线作为通信协议，满足多数据的远距离实时传输需求，实现了水下机器人全方位工况信息的实时反馈与监控。2、利用多传感技术提高了水下机器人控制精度和运行可靠性。3、利用LabVIEW自带的多种开发模块，缩短了人机界面开发周期，降低了开发难度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种水下机器人，包括机器人本体以及监控机器人本体的监控站，所述机器人本体用于水下作业且包括机架、推进器和PLC控制器，所述推进器和PLC控制器设置在机架上，包括交换机， 所述PLC控制器包括EtherCAT总线耦合器、模拟量输出模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和伺服驱动模块，所述数字量输入模块、模拟量输入模块分别与EtherCAT总线耦合器连接，所述模拟量输出模块和伺服驱动模块分别与EtherCAT总线耦合器连接，所述伺服驱动模块与推进器连接以驱动推动器，所述监控站包括TwinCAT主站、监控主机和显示器，所述PLC控制器中的EtherCAT总线耦合器与交换机通过以太网方式通信连接，所述交换机与TwinCAT主站通过以太网方式通信连接，所述TwinCAT主站与主机通过以太网方式通信连接，所述显示器与主机连接，所述交换机可安装在机器人本体上或者监控站中。在此结构中，PLC控制器、交换机与TwinCAT主站之间利用EtherCAT通信协议来实现以太网通信连接，可实现大数据的远距离实时传输，并由主机及显示器实时显示水下状况以及机器人本体的工况。

进一步地，包括摄像头云台和网络摄像头，所述网络摄像头安装在摄像头云台上且与交换机通信连接，所述摄像头云台与模拟量输出模块电连接。

进一步地，包括机械手和角度传感器，所述机械手安装在机架上且机械手的各关节分别具有一关节电机，所述伺服驱动模块与机械手的关节电连接以驱动机械手各关节运动，所述角度传感器安装在机械手各关节上且用于测量各关节运动角度，所述角度传感器的输出端与模拟量输入模块电连接。

进一步地，包括力传感器，所述力传感器安装在机械手的自由端且用来感知夹持物体时的力度，所述力传感器与模拟量输入模块电连接。

进一步地，包括高亮LED灯，所述高亮LED灯与模拟量输出模块电连接，所述高亮LED灯安装在机架上。

进一步地，包括温度传感器，所述温度传感器安装在推进器上以采集推进器的温度，所述温度传感器分别与数字量输入模块电连接。

进一步地，包括深度传感器、速度传感器、陀螺仪、GPS传感器和流速传感器，所述深度传感器配备为测量机器人本体的下潜水深，所述速度传感器配备为机器人本体的运行速度，所述陀螺仪配备为测量机器人本体的姿态，所述GPS传感器配备为测量机器人本体的位置信息，所述流速传感器配备为测量水流速度，所述深度传感器、速度传感器、陀螺仪、GPS传感器和流速传感器分别固定在机器人本体上，所述深度传感器与数字量输入模块电连接，所述速度传感器、陀螺仪、GPS传感器和流速传感器分别与模拟量输入模块电连接。

进一步地，所述TwinCAT主站采用基于TwinCAT控制器的TwinCAT主站，所述主机安装有LabVIEW系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用EtherCAT实时工业现场总线作为通信协议，满足多数据的远距离实时传输需求，实现了水下机器人全方位工况信息的实时反馈与监控。2、利用多传感技术组成冗余传感器系统，提高了水下机器人控制精度和运行可靠性。3、利用LabVIEW自带的多种开发模块，缩短了人机界面开发周期，降低了开发难度。

附图说明

图1所示为本发明的水下机器人的控制结构示意图。

具体实施方式