一种自主水下作业机器人的集成化系统

本发明涉及集成化系统，属于集成电路领域。

背景技术：

1、近年来，水下自主作业机器人正逐渐成为无人水下潜器领域的热门研究方向。水下机器人具有作业范围广，机动性强，作业效率高且安全可靠的特点，目前已经成为辅助人类完成水下作业任务的重要智能工具。

2、随着水下机器人的智能化水平逐渐提高，机器人被赋予越来越多更复杂的功能，这对机器人控制系统的电路设计提出了更高的要求。目前，水下机器人一般由工控机负责所有控制工作。但是，一方面工控机可以提供的uart串口、网络接口等资源有限，无法随时满足搭载所有设备的通信需求；另一方面，工控机需要同时执行数据收发、数据处理、机器人视觉运算等工作，导致工控机的运算负担大、功耗大，不利于机器人的续航及散热。这些缺点限制了机器人对水下环境的感知程度，仅能实现简单的执行器控制任务，限制了水下机器人的智能化程度，在传感器数据量较大或是执行较为复杂的任务控制算法时，数据解算或执行输出耗时较长，极大的影响了水下机器人作业的可靠性与效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了现有水下机器人控制系统接口资源以及运算能力有限的问题，提出了一种自主水下作业机器人的集成化系统。

2、一种自主水下作业机器人的集成化系统，所述系统包括主控芯片、上位机、前接线板、后接线板、多种待解算的监测设备、无需解算的监测设备、执行机构、rs232转串口模块和惯导模块；

3、多种待解算的监测设备输出的多种监测数据均通过前接线板发送给上位机，上位机对所述多种监测数据进行融合解算，解算结果发送至主控芯片的第一个uart串口；

4、无需解算的监测设备输出的监测数据通过后接线板发送至主控芯片的第二个uart串口；

5、惯导模块输出的惯导数据通过rs232转串口模块发送至主控芯片的第三个uart串口；

6、主控芯片根据所述的解算结果、所述惯导数据和无需解算的监测设备发来的监测数据，从主控芯片的定时器端口通过后接线板向执行机构发送动作指令。

7、优选地，多种待解算的监测设备包括高度传感器和双目相机；

8、高度传感器，用于采集高度传感器距离海底的高度数据；

9、双目相机，用于采集图像。

10、优选地，无需解算的监测设备包括深度传感器和深度解算板；

11、深度传感器，用于采集深度传感器距离海面的深度模拟量数据，传给深度解算板；

12、深度解算板，用于将深度模拟量数据转换成深度数字量数据，发送至主控芯片的第二个uart串口。

13、优选地，所述系统还包括电力载波通信模块；

14、多种待解算的监测设备输出的多种监测数据还依次通过电力载波通信模块和前接线板发送至岸上控制终端进行显示，岸上控制终端发出的动作命令依次通过前接线板和电力载波通信模块传输至主控芯片的第四个uart串口，主控芯片按照此动作命令，从主控芯片的定时器端口通过后接线板向推进器和机械臂发送动作指令；电力载波通信模块还用于实现岸上控制终端与上位机的通信。

15、优选地，所述系统还包括uart-rs485的电平转换芯片和电池；

16、主控芯片的第五个uart串口通过uart-rs485的电平转换芯片连接电池，用于实时检测电池当前电量。

17、优选地，所述系统还包括电源管理模块和多个降压模块；

18、电池，用于通过电源管理模块为多个降压模块提供供电电源；

19、多个降压模块，用于将所述供电电源转换成相应的电压，分别提供给主控芯片、上位机、深度传感器、高度传感器、惯导模块、双目相机、执行机构和电力载波通信模块。

20、优选地，所述系统还包括多个继电器；

21、每个继电器，用于控制每个降压模块供电的通断。

22、优选地，电力载波通信模块包括型号为hlk-rm08k的wifi路由模块、3个型号为h1102nlt的变压器模块t1-t3、电力猫和2个型号为rj45r08p-c000的以太网连接器rj1-rj2；

23、主控芯片通过uart/rs485串口通讯模块连接型号为hlk-rm08k的wifi路由模块的38号引脚和39号引脚，型号为hlk-rm08k的wifi路由模块的25号、26号、28号和27号引脚分别连接第一个型号为h1102nlt的变压器模块t1的1号、3号、6号和8号引脚；第一个型号为h1102nlt的变压器模块t1的9号、11号、14号和16号引脚分别连接电力猫的pxn端、pxp端、txn端和txp端；

24、型号为hlk-rm08k的wifi路由模块的18号、17号、33号和34号引脚分别连接第二个型号为h1102nlt的变压器模块t2的1号、3号、6号和8号引脚；第二个型号为h1102nlt的变压器模块t2的9号、11号、14号和16号引脚分别连接第一个型号为rj45r08p-c000的以太网连接器rj1的6号、3号、2号和1号引脚；

25、型号为hlk-rm08k的wifi路由模块的21号、22号、23号和24号引脚分别连接第三个型号为h1102nlt的变压器模块t3的8号、6号、22号和21号引脚；第三个型号为h1102nlt的变压器模块t3的9号、11号、14号和16号引脚分别连接第二个型号为rj45r08p-c000的以太网连接器rj2的6号、3号、2号和1号引脚；

26、电力猫的解算结果输出端连接岸上控制终端的解算结果输入端；

27、第一个型号为rj45r08p-c000的以太网连接器rj1的输入/输出端连接上位机，实现上位机与岸上控制终端的通信；

28、第二个型号为rj45r08p-c000的以太网连接器rj2的输入/输出端作为备用接口。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明为了使舱内走线更加整洁和规范，对于机器人获取水下环境的视觉信息、目标检测以及测距等所需算力较大的任务，直接在pc终端完成解算，在pc终端解算得到的水下目标以及测距数据，通过第一个uart串口发送至主控芯片，单片机负责执行数据收发、数据处理等工作。

31、为了提高系统硬件电路的集成度，主控芯片采用集成式核心板架构，核心板共集成多路uart串口与多路定时器，利用第四个uart串口与电力载波通信系统连接，实时向机器人发送控制指令，惯导模块经rs232转串口，通过第三个uart串口向主控芯片发送机器人当前的姿态以及6轴速度与加速度数据，第二个uart串口用以实现接收深度解算板所返回的距离海面的深度信息，第五个uart串口配套uart-rs485的电平转换芯片并与主控芯片连接通讯，实时检测电池当前电量，留有一个uart串口用于后续机器人功能的拓展；定时器用于实现对6路推进器的转速转向控制以及捕捞机械臂的张闭。在保证了控制系统高度集成化的同时，通过将部分任务分配给pc终端，在有效的节省了主控芯片的串口资源、提升了系统控制电路的算力的同时，保证低功耗。更有利于系统硬件布局的标准化与模块化管理，形成通用化的水下机器人硬件系统框架。