一种新型水下机器人控制系统设计.pdf

圈圜圆 lAcademicP·apers 一 种新型水下机器人控制系统设计木 Design ofA New TypeControlSystem forUnderwaterRobot 谢子逸 翟宇毅 (上海大学 机 电工程与 自动化学院，上 海 200072) 摘 要：介绍了一种基于嵌入式实时操作系统和数字信号处理器的水下机器人控制系统设计方案，阐述了运 动控制与传感模块、主控制模块、人机交互界面和无线通信模块。该系统具有控制灵活、可靠性高等优点。实际应用 表明该控制系统具有良好的实时l生和鲁棒性。 关键词：水下机器人 嵌入式 c++Builder 控制系统 doi：10．3969／j．issn．1007-080X．2009．09．005 Abstract：ThepaperintroducesaunderwaterrobotcontrolsystembasedonDigitalSignalProcessors(DSPs)anda kindofembeddedReal—TimeOperatingSystem(RTOS)wasdescribed．Thefourmainmodules，namelymotioncontroland sensemodule，main controlmodule，human—machine interface，andwirelesscommunicationmodule，arediscussed．Th e system thusacquiresmany advantages such asmodularstructure，controlflexibility and high reliability．The actual applicationresultsrevealthatthesystem ownsgoodreal-timeresponseandrobustness． Keywords：undewraterrobot embeddedsystem C++Builder controlsystem 0 引 言 在整个系统设计中．机器人 由两个直流 电机和一个步进 电 水下机器人研究是机器人技术的一个重要领域 由于机器 机实现运动控制 安装在机器人后端 的两个直流电机 ．通过 人要通过与环境 的互动完成既定的任务 ．所 以其控制系统 的信 PWM脉宽调制 的方法驱动．保证机器人能够实现任意调速控 息处理能力和实时控制性能从根本上决定 了其整体性能 制。步进 电机控制机器人浮筒的伸缩 ，实现机器人 的潜浮运动。 嵌入式系统具有微 内核 ，系统精简 ，强实时性 、专用性强等 声纳安装在机器人的上部 ．它和安装在机器人 四周 的超声波环 特点 ．特别适合具有实时性能要求的机电控制系统。在控制任 一 起 ．帮助机器人在复杂的水下环境 中有效识别周 围的障碍 务 比较单一 、控制逻辑结构 比较简单 的应用系统中，控制软件 物 ．实现避障功能。 的设计相对比较容易 随着控制功能和控制逻辑变得 日渐复 机器人前部安装有一个摄像头 ．通过 USB接 口来控制摄 杂 ．控制系统软件设计 的工作量和时间也跟着成倍增长 ．而且 像头的转动 ．完成数据的采集。在主控制其嵌人式系统中集成 系统实时性也会受到软件复杂度 的影II~fnl 为 了保证系统的实 一 块采用 802．11bg／协议的无线网卡．实时将摄像头得到的图 时性 ．简化控制系统软件的设计 ．在控制系统中引入嵌入式实 像数据及机器人上各个传感器的信息传回远端的服务器。机器 时操作系统成为越来越迫切的需要。同时，基于 SOC技术的高 人侧视图见图 1 整个系统涵盖 了机器人 的运动控制与图像的 性能 32位嵌入式微处理器的出现也为实时操作系统的引人奠 采集、处理、传输 以及直流 电机驱动控制等技术 ，下面将按照不 定 了物质基础。由此可见 ，基于高性能嵌入式微处理器和实时 同的功能模块对整个机器人系统进行详细描述 操作系统的嵌入式实时系统必将是机电控制系统 的发展方向 2 控制系统设计 1 系统架构