技术领域
[0001] 本实用新型属于水下
机器人技术领域，具体涉及一种水下机器人的控制系统。
背景技术
[0002] 目前，中国已经成为
水产养殖大国。水质检测、网箱死鱼打捞等工作大多由人工完成。人工作业面临作业范围小、工作强度大、危险系数高等
风险。随着科学技术的发展，水下机器人的发展成为热点话题，水下机器人用于水产养殖也成为了重点研究项目。但是传统的水下机器人水下作业时，其控制系统对周围环境
感知不灵敏、难以实时监测自身安全状况，不能在面临
泄漏危险时及时采取措施。故设计一种能对周围环境感知不灵敏、能实时监测自身安全状况，能在面临泄漏危险时及时采取措施的水下机器人的控制系统势在必行。实用新型内容
[0003] 为了解决上述存在的技术问题，本实用新型设计了一种水下机器人的控制系统。
[0004] 为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下技术方案：
[0005] 一种水下机器人的控制系统，包括电源模
块、水下方位控
制模块、动
力驱动模块、主
控制器、水下信息获取模块和下潜深度检测模块，所述
主控制器和所述电源模块之间还设置有泄漏预警模块；所述主控制器分别与所述下潜深度检测模块、所述水下信息获取模块、所述水下方位
控制模块、所述动力驱动模块、所述泄漏预警模块连接；所述电源模块分别向所述下潜深度检测模块、所述水下信息获取模块、所述水下方位控制模块、所述动力驱动模块、所述主控制器供电。
[0006] 进一步，所述水下信息获取模块包括温湿度
传感器、GPS模块和
电子罗盘，所述温
湿度传感器、GPS模块、
电子罗盘分别与所述主控制器相连；所述温湿度传感器设置在机器人内部。
[0007] 进一步，所述下潜深度检测模块包括压力变送器，所述压力变送器通过
信号转换模块与所述主控制器相连。
[0008] 进一步，所述动力驱动模块包括分别设置在机器人左右两侧和顶部的
电机Ⅰ、电机Ⅱ和电机Ⅲ，所述电机Ⅰ、电机Ⅱ和电机Ⅲ分别通过相应的电机
驱动器Ⅰ、电机驱动器Ⅱ和电机驱动器Ⅲ与所述主控制器连接。
[0009] 进一步，所述电机驱动器Ⅰ、电机驱动器Ⅱ和电机驱动器Ⅲ通过485总线通讯方式与所述主控制器通讯。
[0010] 进一步，所述水下方位控制模块包括设置在机器人左右两侧的四个方位
舵机，四个方位舵机通过舵机控制器与所述主控制器连接。
[0011] 进一步，所述主控制器采用
定时器产生四路PWM波，四路PWM波通过所述舵机控制器的四个
信号传输端口传输给所述四个方位舵机。
[0012] 进一步，所述电源模块包括12V动力
电池、24V动力电池、稳压模块、arduino控制器、水下机器人
开关、继电器Ⅰ、继电器Ⅱ、过载保护器Ⅰ和过载保护器Ⅱ；所述arduino控制器分别与所述稳压模块、继电器Ⅰ、继电器Ⅱ、泄漏预警模块连接。
[0013] 工作时，首先，电源模块向主控制器、下潜深度检测模块、水下信息获取模块、动力驱动模块、水下方位控制模块供电；主控制器向动力驱动模块发送指令，实现水下机器人的下潜；在水下机器人运动的过程中，下潜深度检测模块不断向主控制器发送深度信息。
[0014] 其次，当水下机器人下潜到
指定深度时，下潜深度检测模块向主控制器发送信号，主控制器向动力驱动模块发送指令，机器人停止下潜；此时，主控制器根据GPS模块和电子罗盘反馈的信息，向水下方位控制模块和动力驱动模块发送指令，水下机器人做摇艏运动。
[0015] 最后，当水下机器人转过指定
角度时，主控制器根据所述GPS模块和电子罗盘实时反馈的信息向动力驱动模块发送指令，实现水下机器人的前进，并到达指定经纬度
位置。
[0016] 该水下机器人的控制系统具有以下有益效果：
[0017] （1）本实用新型根据水下机器人的位置和自身状况，下潜深度检测模块、水下信息获取模块可以实时向主控制器发送机器人信息，主控制器根据水下信息获取模块、下潜深度检测模块发送的信息向动力驱动模块和水下方位控制模块发送指令，实现机器人的下潜，转向和前进，实现机器人水面和水下的导航控制，运动灵活，易于控制，成本低。
[0018] （2）本实用新型包含泄漏预警模块，提高了水下机器人的工作安全保障，降低水下机器人漏电的风险。
[0019] （3）本实用新型中，通过GPS模块可以检测水下机器人所在位置的经纬度，实现机器人水面GPS导航控制；通过电子罗盘可以检测水下机器人摇艏运动的角度，实现机器人水下惯性导航控制，
定位精准，控制
精度高，运行平稳。
[0020] （4）本实用新型对周围环境感知灵敏，能灵活的控制机器人执行一定程度的水下任务，实用性强，便于推广，解决了传统水下
机器人控制系统难以在水下环境变换时快速转换机器人运动方位的问题，有效地提高了机器人水下作业的效率。
附图说明
[0021] 图1：本实用新型实施方式中水下机器人的控制系统的模块化结构示意图；
[0022] 图2：本实用新型实施方式中电源模块的结构示意图；
[0023] 图3：本实用新型实施方式中水下机器人矢量推进控制原理图；
[0024] 图4：本实用新型实施方式中水下机器人泄漏预警控制原理图；
[0025] 图5：本实用新型实施方式中水下机器人的结构示意图。
[0026] 附图标记说明：
[0027] 1—电源模块；11—过载保护器Ⅰ；12—继电器Ⅰ；13—12V动力电池；14—水下机器人开关；15—稳压模块；16—arduino控制器； 17—24V动力电池；18—继电器Ⅱ；19—过载保护器Ⅱ；2—水下方位控制模块；21—舵机控制器；22—舵机Ⅰ；23—舵机Ⅱ；24—舵机Ⅲ；25—舵机Ⅳ；3—动力驱动模块；31—电机驱动器Ⅲ；32—电机驱动器Ⅱ；33—电机驱动器Ⅰ；
34—电机Ⅰ；35—电机Ⅱ；36—电机Ⅲ；4—主控制器； 5—泄漏预警模块；6—水下信息获取模块；61—电子罗盘；62—GPS模块；63—温湿度传感器；7—下潜深度检测模块；71—压力变送器；72—信号转换模块。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：
[0029] 图1至图5示出了本实用新型水下机器人的控制系统的具体实施方式。图1是本实施方式中水下机器人的控制系统的模块化结构示意图；图2是本实施方式中电源模块的结构示意图；图3是本实施方式中水下机器人矢量推进控制原理图；图4是本实施方式中水下机器人泄漏预警控制原理图；图5是本实施方式中水下机器人的结构示意图。
[0030] 如图1所示，本实施方式中的水下机器人的控制系统，包括电源模块1、水下方位控制模块2、动力驱动模块3、主控制器4、水下信息获取模块6和下潜深度检测模块7，主控制器4和电源模块1之间还设置有泄漏预警模块5；主控制器4分别与下潜深度检测模块7、水下信息获取模块6、水下方位控制模块2、动力驱动模块3、泄漏预警模块5连接；电源模块1分别向下潜深度检测模块7、水下信息获取模块6、水下方位控制模块2、动力驱动模块3、主控制器4供电。下潜深度检测模块7和水下信息获取模块6会实时向主控制器4发送机器人的相关信息。
[0031] 优选地，水下信息获取模块6包括温湿度传感器63、GPS模块62和电子罗盘61，温湿度传感器63、GPS模块62、电子罗盘61分别与主控制器4相连，如图1所述。温湿度传感器63设置在机器人内部，主控制器4接收GPS模块62和电子罗盘61发送的机器人经纬度和角度信息、接收温湿度传感器63发送的机器人内部温湿度信息，并根据这些信息控制水下方位控制模块2和动力驱动模块3。当机器人内部出现泄漏时，主控制器4根据温湿度传感器63传送的信息及时将泄漏信息传送给泄漏预警模块5。
[0032] 优选地，下潜深度检测模块7包括压力变送器71、信号转换模块72，压力变送器71通过信号转换模块72与主控制器4相连，如图1所示。主控制器4接收压力变送器71通过信号转换模块72发送的下潜深度的信息，并向水下方位控制模块2和动力驱动模块3发送指令。
[0033] 优选地，动力驱动模块3包括分别设置在机器人左右两侧和顶部的电机Ⅰ34、电机Ⅱ35和电机Ⅲ36，电机Ⅰ34、电机Ⅱ35和电机Ⅲ36分别通过相应的电机驱动器Ⅰ33、电机驱动器Ⅱ32和电机驱动器Ⅲ31与主控制器4连接，如图1和图5所示。
[0034] 优选地，电机驱动器Ⅰ33、电机驱动器Ⅱ32和电机驱动器Ⅲ31通过485总线通讯方式与主控制器4通讯。
[0035] 优选地，水下方位控制模块2包括设置在机器人左右两侧的四个方位舵机和舵机控制器21，四个方位舵机通过舵机控制器21与主控制器4连接，如图1和图5所示，四个方位舵分别是舵机Ⅰ22、舵机Ⅱ23、舵机Ⅲ24、舵机Ⅳ25。
[0036] 优选地，主控制器4采用定时器产生四路PWM波，四路PWM波通过舵机控制器21的四个信号传输端口传输给四个方位舵机，即舵机Ⅰ22、舵机Ⅱ23、舵机Ⅲ24、舵机Ⅳ25，配合电机Ⅰ34和电机Ⅱ35实现机器人的矢量移动，如图3和图5所示。
[0037] 优选地，电源模块1包括12V动力电池13、24V动力电池17、稳压模块15、arduino控制器16、水下机器人开关14、继电器Ⅰ12、继电器Ⅱ18、过载保护器Ⅰ11和过载保护器Ⅱ19；arduino控制器16分别与稳压模块15、继电器Ⅰ12、继电器Ⅱ18、泄漏预警模块5连接，如图2所示。
[0038] 如图3所示，图3是本实施方式中水下机器人的矢量推进控制原理图。 压力变送器71、信号转换模块72、GPS模块62、电子罗盘61向主控制器4返回水下机器人的下潜深度和位置信息，主控制器4根据获得信息向舵机控制器21、电机驱动器Ⅰ33、电机驱动器Ⅱ32和电机驱动器Ⅲ31发送指令；电机Ⅲ36位于机器人上方，水下机器人开始下潜时，电机驱动器Ⅲ31开始
驱动电机Ⅲ36工作，实现机器人的下潜；电机Ⅰ34位于机器人左侧，电机Ⅱ35位于机器人右侧，当机器人开始做摇艏运动时，舵机Ⅰ22、舵机Ⅱ23驱动左侧推进装置的矢量运动，舵机Ⅲ24、舵机Ⅳ25驱动右侧推进装置的矢量运动，同时电机驱动器Ⅰ33开始驱动电机Ⅰ34工作，电机驱动器Ⅱ32开始驱动电机Ⅱ35工作，实现水下机器人的转向。
[0039] 如图4所示，图4是本实施方式中水下机器人的泄漏预警控制原理图。 当温湿度传感器63检测机器人内部温湿度环境参数出现异常时，主控制器4根据温湿度传感器63返回信息向泄漏预警模块5发送指令，泄漏预警模块5接收并执行主控制器4发送的指令。泄漏预警模块5与arduino控制器16进行通信，随后arduino控制器16控制继电器Ⅰ12、继电器Ⅱ18断开，停止电源供给。
[0040] 工作时，首先，电源模块1向主控制器4、下潜深度检测模块7、水下信息获取模块6、动力驱动模块3、水下方位控制模块2供电；主控制器4向动力驱动模块3发送指令，实现水下机器人的下潜；在水下机器人运动的过程中，下潜深度检测模块7不断向主控制器4发送深度信息。
[0041] 其次，当水下机器人下潜到指定深度时，下潜深度检测模块7向主控制器4发送信号，主控制器4向动力驱动模块3发送指令，机器人停止下潜；此时，主控制器4根据GPS模块62和电子罗盘61反馈的信息，向水下方位控制模块2和动力驱动模块3发送指令，水下机器人做摇艏运动。
[0042] 最后，当水下机器人转过指定角度时，主控制器4根据所述GPS模块62和电子罗盘61实时反馈的信息向动力驱动模块3发送指令，实现水下机器人的前进，并到达指定经纬度位置。
[0043] 具体地，下潜深度检测模块7、水下信息获取模块6向主控制器4发送的信息包括：压力变送器71通过信号转换模块72的 AD转换方式与主控制器4进行通讯，检测水下机器人下潜深度；温湿度传感器63，通过串口通讯方式与主控制器4进行通讯，检测机器人内部温湿度环境参数；电子罗盘61，通过IIC总线方式与主控制器4进行通讯，检测水下机器人摇艏运动角度，实现机器人水下惯性导航控制；GPS模块62，通过串口通讯方式与主控制器4进行通讯，检测水下机器人所在位置的经纬度，实现机器人水面GPS导航控制。
[0044] 本实用新型，主要由电源模块、下潜深度检测模块、水下信息获取模块、水下方位控制模块、动力驱动模块、主控制器和泄漏预警模块组成，根据水下机器人的位置和自身状况，下潜深度检测模块、水下信息获取模块可以实时向主控制器发送机器人信息，主控制器根据水下信息获取模块、下潜深度检测模块发送的信息向动力驱动模块和水下方位控制模块发送指令，实现机器人的下潜，转向和前进，实现机器人水面和水下的导航控制，运动灵活，易于控制，成本低。
[0045] 本实用新型包含泄漏预警模块，当机器人舱体出现泄漏时，温湿度传感器及时将信息反馈给主控制器，主控制器向泄漏预警模块发送指令，泄漏预警模块接收主控制器发送的指令，并和电源模块进行通信，随后电源模块内部的arduino控制器控制继电器Ⅰ、继电器Ⅱ断开，停止电源供给，提高了水下机器人的工作安全保障，降低水下机器人漏电的风险。
[0046] 本实用新型中，通过GPS模块可以检测水下机器人所在位置的经纬度，实现机器人水面GPS导航控制；通过电子罗盘可以检测水下机器人摇艏运动的角度，实现机器人水下惯性导航控制，定位精准，控制精度高，运行平稳。
[0047] 本实用新型对周围环境感知灵敏，能灵活的控制机器人执行一定程度的水下任务，实用性强，便于推广，解决了传统水下机器人控制系统难以在水下环境变换时快速转换机器人运动方位的问题，有效地提高了机器人水下作业的效率。
[0048] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
