水下滑翔机器人控制系统研究与开发

论文摘要

为了满足水下滑翔机器人的控制需要,在深入分析水下滑翔机器人控制系统特点的基础上,本文进行了水下滑翔机器人控制系统硬件和控制系统硬件的底层驱动程序的设计。基于设计方案,搭建了服务于水下滑翔机器人的控制系统硬件平台,以C语言为开发工具,设计并开发了底层驱动程序的设计。该硬件控制系统不仅满足了水下滑翔机器人的功能需求,而且具有通用性和易用性的特点。首先介绍水下滑翔机器人的总体结构;阐述了水下滑翔机器人采用的三种运动调节系统,通过这三种调节系统,实现水下滑翔机器人滑翔、上浮、下潜、转向等功能的驱动;探讨了水下滑翔机器人运动原理,确定水下滑翔机器人运动规律。其次完成了控制系统硬件和底层驱动程序的研究与开发。整个控制系统硬件分为水下控制系统和水面控制系统两部分,水下硬件控制系统设计主要包括水下传感器的选型,主板及其扩展模块板的选用,传感器开关电路板、传感器驱动放大电路板和电压调理电路板的开发与研制。水面硬件控制系统设计主要集中在水面控制盒硬件系统平台的搭建上,其中包括电源模块和交流电源的选用,直流电源分压电路板和交流电源分压电路板开发与研制,以及水面控制盒的结构设计。为了满足水下滑翔机器人的实时性要求,控制系统硬件的底层驱动程序,采用了QNX实时操作系统,以C语言为开发工具。整个底层驱动程序主要实现了水下滑翔机器人的数据采集与通讯、数据处理与分析、水面对水下的指令传递和水下滑翔机器人运动控制。最后完成了水下滑翔机器人控制功能调试和水下实验,其中包括硬件控制电路板和硬件底层驱动程序的调试。通过水下实验验证,本文设计的硬件控制系统和硬件底层驱动程序完全满足水下滑翔机器人的运动控制和数据采集的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水下滑翔机器人研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 水下滑翔机器人研究的目的及意义
• 1.4 论文主要内容及章节安排
• 第二章 水下滑翔机器人总体结构及工作原理
• 2.1 水下滑翔机器人总体结构
• 2.2 水下滑翔机器人的驱动原理
• 2.2.1 俯仰调节系统
• 2.2.2 横滚调节系统
• 2.2.3 浮力调节系统
• 2.3 水下滑翔机器人的运动原理
• 2.3.1 相关坐标系定义
• 2.3.2 载体水动力分析
• 2.3.3 空间六自由度运动方程
• 2.3.4 载体定常运动分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 水下滑翔机器人控制系统研究与开发
• 3.1 水下滑翔机器人控制系统设计要求
• 3.2 控制系统总体设计方案
• 3.2.1 控制系统软件
• 3.2.2 控制系统硬件
• 3.3 控制系统硬件选型
• 3.3.1 主控计算机
• 3.3.2 机载传感器系统
• 3.3.3 GPS导航定位系统
• 3.3.4 无线电通讯系统
• 3.4 控制系统硬件电路设计
• 3.4.1 电源转换板电路
• 3.4.2 信号调理板电路
• 3.4.3 电源切换板电路
• 3.5 水面控制系统硬件设计
• 3.6 水下滑翔机器人能耗分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 水下滑翔机器人硬件驱动程序研究与开发
• 4.1 QNX操作系统介绍
• 4.2 硬件驱动程序总体方案
• 4.3 数据采集与处理程序设计
• 4.4 传感器通讯程序设计
• 4.4.1 电子罗盘通讯程序设计
• 4.4.2 GPS通讯程序设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢