[发明专利]一种分布式水下机器人控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种分布式水下机器人控制系统及控制方法，该控制系统包括岸边控制器和水下控制器，岸边控制器包括岸边电源、电压转换与稳压电路一、控制器一、存储单元一和串口通信芯片一，岸边电源通过电压转换与稳压电路一给控制器一供电；水下控制器包括水下电源、电压转换与稳压电路二、控制器二、存储单元二和串口通信芯片二，水下电源通过电压转换与稳压电路二给控制器二供电；串口通信芯片一和串口通信芯片二之间通过水声modem进行通信，控制器二通过继电器模块控制水下机器人动作，本发明所公开的系统及方法通过时延补偿控制方法的设计保证控制的时效性，水下通信距离可达2000米，能够实现水下机器人的大范围、高精度运动和姿态控制。

技术领域

本发明涉及一种水下机器人控制技术领域，特别涉及一种分布式水下机器人控制系统及控制方法。

背景技术

水下机器人控制器一般采用集中控制方式，仅在水下机器人仪器舱内设有一个控制器，通过多芯脐带电缆将岸上的控制命令发送到水下控制器进行采集，摇杆状态与电缆的芯数相对应，这样会增加脐带电缆的重量，对水下机器人的姿态控制带来了外界不利影响。

另一方面，供电方式多采用岸边220VAC电源直接供电方式，通过脐带电缆为水下机器人供电，水下机器人仪器舱内设有电压转换模块；但由于交流电会对通信质量带来影响，使通信误码率较高，水下推进器出现误动作的几率较高，采用485通信和光缆的有缆控制方式，虽然传输较远，但传输距离收到脐带电缆长度和重量的限制，传输距离有限。另外，若岸边直接转换为水下机器人驱动电机所需的24VDC工作电压，则电压在传输过程中由于电容效应会出现压降，达不到水下电机的正常工作电压。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式水下机器人控制系统及控制方法，以达到采用分布式的岸边控制器和水下控制器两个控制器分别单独供电，通过时间补偿算法实现大范围远距离的实时控制的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分布式水下机器人控制系统，包括岸边控制器和水下控制器，所述岸边控制器包括岸边电源、电压转换与稳压电路一、控制器一、存储单元一和串口通信芯片一，所述岸边电源通过电压转换与稳压电路一给控制器一供电，所述控制器一分别与存储单元一和串口通信芯片一连接；所述水下控制器包括水下电源、电压转换与稳压电路二、控制器二、存储单元二和串口通信芯片二，所述水下电源通过电压转换与稳压电路二给控制器二供电，所述控制器二分别与存储单元二和串口通信芯片二连接；所述串口通信芯片一和串口通信芯片二之间通过水声modem进行通信，所述控制器二通过继电器模块控制水下机器人动作。

上述方案中，所述岸边电源包括220VAC电源和24VDC锂电池。

上述方案中，所述水下电源为24VDC锂电池。

一种分布式水下机器人控制方法，采用上述的一种分布式水下机器人控制系统，控制器一接收工作人员发出的控制指令，通过串口通信芯片一和水声modem发送给串口通信芯片二，并记录数据帧的发送时刻，串口通信芯片二接收控制指令并发送给控制器二，控制器二接收控制指令并记录数据帧的接收时刻，两者时间相减得出水声通信滞后时间，并将该滞后时间代入到速度控制算法中，进行时间补偿得到实时的控制命令，最后通过继电器模块控制水下机器人动作。

进一步的技术方案中，所述速度控制算法如式(1)所示：

u(k-T₁)＝(x(k+1)-x(k))/T₂ (1)；

式中，k表示接收时刻，k+1表示执行完成时刻；

T₁为计算得到的通信滞后时间；

k-T₁表示发送时刻；