便攜式水下機(jī)器人硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 為水下探測(cè)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一款便攜式20 kg級(jí)水下機(jī)器人ROV，機(jī)器人裝備有推進(jìn)器、水下攝像頭、防水機(jī)械臂、電磁閥、PH計(jì)傳感器、GPS等。主要介紹了機(jī)器人硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括主控電路、推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)、電源轉(zhuǎn)化、漏水檢測(cè)等電路設(shè)計(jì)及電子艙內(nèi)通信協(xié)議。各部分電路均設(shè)計(jì)保護(hù)電路，硬件系統(tǒng)工作穩(wěn)定，搭載AHRS、聲納等傳感器后，配合上位機(jī)軟件，可以構(gòu)建水下未知環(huán)境地圖，并且具有作業(yè)和采集數(shù)據(jù)能力。

關(guān)鍵字： 便攜式水下機(jī)器人； 硬件系統(tǒng)； 保護(hù)電路； 通信協(xié)議

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）21?0100?03

0 引 言

21世紀(jì)，隨著全球人口增多，資源大量利用，陸地上的資源越來(lái)越匱乏，為了解決資源的問題，人們開始更加注重海洋資源的開發(fā)，水下機(jī)器人ROV（Remotely Operated Underwater Vehicle）技術(shù)也將越來(lái)越受到重視，ROV可以代替人在水下作業(yè)和探測(cè)，注定是國(guó)內(nèi)水下技術(shù)發(fā)展的重要方向[1]。

本文主要論述了便攜式ROV硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)自身裝備了水下攝像頭、防水機(jī)械臂、PH計(jì)、電子取水閥、GPS導(dǎo)航等傳感器，能夠?qū)λ挛粗h(huán)境進(jìn)行探測(cè)。

1 便攜式ROV系統(tǒng)總體框架

該系統(tǒng)分為陸地工作站和水下作業(yè)系統(tǒng)兩部分，其實(shí)物圖如圖1所示。陸地工作站包括了上位機(jī)控制軟件，可以對(duì) ROV進(jìn)行姿態(tài)航向控制，構(gòu)建水下未知環(huán)境地圖，顯示水下環(huán)境。

水下作業(yè)系統(tǒng)主要包括電子密封艙、防水機(jī)械臂、推進(jìn)器、攝像頭、水樣采集電磁閥、GPS導(dǎo)航、浮力磚等，可以根據(jù)需要搭載各類傳感器。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

此系統(tǒng)的控制芯片為增強(qiáng)型16位閃存數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC30F4011，擁有高性能改進(jìn)型RISC CPU與DSP引擎，支持UART、CAN等多種通信協(xié)議[2]。……