跡指令，并把該指令傳送給導(dǎo)航控制單元。所述的避障避危系統(tǒng)(2)包含有激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2)，所述激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2)都與微處理器(I)連接，進(jìn)行實(shí)時的信息交互控制反饋。所述的導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)包含有翼帆控制單元(3-1)和航向控制單元(3-2)，根據(jù)所述軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)提供的目標(biāo)軌跡、GPS提供的軌跡反饋和所述激光測距機(jī)(2-1)反饋的障礙信息、所述探地雷達(dá)(2-2)反饋的冰裂縫信息，給出探測機(jī)器人的目標(biāo)航向指令，并把指令傳送給航向控制單元，由航向驅(qū)動器調(diào)整探測機(jī)器人的航向。所述的微處理器(I)為STM32開發(fā)板芯片。
[0020]實(shí)施例三:
如圖1所示，一種極地翼帆風(fēng)力直接驅(qū)動機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)，避障避危系統(tǒng)(2)，導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)，和微處理器(I);所述的軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)分別與導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)和微處理器(I)連接，根據(jù)科考任務(wù)對整個翼帆機(jī)器人的目標(biāo)軌跡路徑進(jìn)行規(guī)劃；所述的避障避危系統(tǒng)(2)分別與導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)和微處理器(I)連接，通過傳感器元件探測實(shí)時的路況，反饋給翼帆機(jī)器人進(jìn)行避障避危；導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)分別與軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)、避障避危系統(tǒng)(2)、GPS和微處理器(I)連接，并分別通過電機(jī)和舵機(jī)控制翼帆機(jī)器人的翼帆單元和航向控制單元。所述的避障避危系統(tǒng)(2)包括激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2)，激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2)都與微處理器(I)連接，進(jìn)行實(shí)時的信息父互控制反饋。所述的導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)包括翼帆控制單兀(3-1)和航向控制單兀(3-2)，根據(jù)目標(biāo)軌跡、GPS提供的軌跡反饋和激光測距機(jī)反饋的障礙信息、探地雷達(dá)反饋的冰裂縫信息，給出探測機(jī)器人的目標(biāo)航向指令，并把指令傳送給航向控制單元，由航向驅(qū)動器調(diào)整探測機(jī)器人的航向。
[0021]微處理器(I)與各上述系統(tǒng)通過有線的方式相連接。選用STM32開發(fā)板芯片作為整個控制系統(tǒng)的微處理器，STM32開發(fā)板由核心芯片STM32F103RBT6、A/D采樣測量電路、多個
串口通信以及USB轉(zhuǎn)串口單元等組成，提供多種接口模塊，可以實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0022]避障避危系統(tǒng)(2)中的激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2)均為工業(yè)級產(chǎn)品，低溫環(huán)境下能正常工作。探地雷達(dá)(2-2)通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時遇到存在電性差異的分界面時發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時間的變化等特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度，類似LTD管線探地雷達(dá)等都有了廣泛的應(yīng)用。激光測距機(jī)(2-1)利用脈沖激光器向目標(biāo)發(fā)射單次激光脈沖或激光脈沖串，計數(shù)器測量激光脈沖到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回接收機(jī)的往返時間，由此運(yùn)算目標(biāo)的距離。
[0023]導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)中，航向控制單元(3-2)裝置是工業(yè)舵機(jī)，微處理器(I)提供
3.3-5V高電平脈寬信號給舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)PWM波形控制。翼帆控制單元(3-1)是伺服電機(jī)，根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向儀反饋的風(fēng)速風(fēng)向信息、姿態(tài)參考系統(tǒng)(IMU)反饋探測機(jī)器人姿態(tài)信息、編碼器反饋翼帆位置信息，來調(diào)整翼帆帆面和來風(fēng)產(chǎn)生的攻角值，從而獲取推進(jìn)力。
[0024]GPS模塊采用的是GX601-TE模塊，該模塊體積小，功耗低，具有非常好的GPS靈敏度和定位反應(yīng)時間，在便攜式設(shè)備、嵌入式設(shè)備上都表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，很好的彌補(bǔ)衛(wèi)星通信系統(tǒng)定位精度不準(zhǔn)確的問題。
[0025]總結(jié)而言，該發(fā)明中的翼帆機(jī)器人的驅(qū)動方式完全是依靠風(fēng)能，控制系統(tǒng)中不包括主動式機(jī)器人所有的多個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，減少了整個系統(tǒng)的復(fù)雜性，也降低了系統(tǒng)的能耗。本發(fā)明涉及的控制系統(tǒng)能對極地的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的感知，各傳感器信號采集后與微處理器通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
【主權(quán)項】
1.一種極地翼帆風(fēng)力直接驅(qū)動機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)，避障避危系統(tǒng)(2)，導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)，和微處理器(I);其特征在于:所述的軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)分別與導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)和微處理器(I)連接，根據(jù)科考任務(wù)對整個翼帆機(jī)器人的目標(biāo)軌跡路徑進(jìn)行規(guī)劃；所述的避障避危系統(tǒng)(2)分別與導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)和微處理器(I)連接，通過傳感器元件探測實(shí)時的路況，反饋給翼帆機(jī)器人進(jìn)行避障避危；所述導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3)分別與軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)，避障避危系統(tǒng)(2)和微處理器(I)連接，通過接收GPS信號并輸出控制信號至翼帆機(jī)器人的翼帆驅(qū)動器和航向驅(qū)動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地翼帆風(fēng)力直接驅(qū)動機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)是根據(jù)科考任務(wù)設(shè)計出探測機(jī)器人的目標(biāo)軌跡指令，并把該指令傳送給導(dǎo)航控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地翼帆機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的避障避危系統(tǒng)(2 )包含有激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2 )，所述激光測距機(jī)(2-1)和探地雷達(dá)(2-2 )都與微處理器(I)連接，進(jìn)行實(shí)時的信息交互控制反饋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的極地翼帆風(fēng)力直接驅(qū)動機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的導(dǎo)航控制系統(tǒng)(3 )包含有翼帆控制單元(3-1)和航向控制單元(3-2 )，根據(jù)所述軌跡規(guī)劃系統(tǒng)(4)提供的目標(biāo)軌跡、GPS提供的軌跡反饋和所述激光測距機(jī)(2-1)反饋的障礙信息、所述探地雷達(dá)(2-2)反饋的冰裂縫信息，給出探測機(jī)器人的目標(biāo)航向指令，并把指令傳送給航向控制單元，由航向驅(qū)動器調(diào)整探測機(jī)器人的航向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極地翼帆風(fēng)力直接驅(qū)動機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的微處理器(I)為STM32開發(fā)板芯片。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種極地翼帆風(fēng)力直接驅(qū)動機(jī)器人控制系統(tǒng)。它包括軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，導(dǎo)航控制系統(tǒng)，避障避危系統(tǒng)和微處理器；所述的軌跡規(guī)劃系統(tǒng)分別與導(dǎo)航控制系統(tǒng)和微處理器連接，根據(jù)科考任務(wù)對整個翼帆機(jī)器人的目標(biāo)軌跡路徑進(jìn)行規(guī)劃；所述的避障避危系統(tǒng)分別與導(dǎo)航控制系統(tǒng)和微處理器連接，通過傳感器元件探測實(shí)時的路況，反饋給翼帆機(jī)器人進(jìn)行避障避危；導(dǎo)航控制系統(tǒng)分別與軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，避障避危系統(tǒng)，GPS單元和微處理器連接，并分別通過電機(jī)和舵機(jī)控制翼帆機(jī)器人的翼帆單元和航向控制單元。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、易于實(shí)現(xiàn)、并且適合在極地復(fù)雜多變的氣候條件下探測應(yīng)用，具有較高的工程應(yīng)用價值。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN104536446
【申請?zhí)枴緾N201410810358
【發(fā)明人】謝少榮, 沈天昊, 陳繼清, 張凱, 馮凱, 羅均, 李恒宇
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月24日