水下蛇形環(huán)境勘測(cè)機(jī)器人

引言

在自然界中，生物蛇具有運(yùn)動(dòng)方式多變、良好的環(huán)境適應(yīng)性及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等典型特點(diǎn)，仿生機(jī)械學(xué)中模仿生物蛇的蛇形機(jī)器，它具有結(jié)構(gòu)合理、控制靈活、性能可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特性。蛇形機(jī)器人是一種高冗余度移動(dòng)機(jī)器人，具有多于確定機(jī)器人空間位置和姿態(tài)所需的自由度，使得它可以摹仿生物蛇的無肢運(yùn)動(dòng)，蛇形機(jī)器人的這些特點(diǎn)使得它在復(fù)雜的海洋環(huán)境勘測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，如軍事偵察、海底礦藏調(diào)查、輸油管道檢查、鉆井平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)檢修、電纜檢查、水下考古、海上養(yǎng)殖及江河水庫的大壩檢查等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用STM32作為主控制器，它通過異步串口通訊將控制指令分別傳輸給16路舵機(jī)控制器、無線攝像頭、直流電機(jī)控制器和探照燈：主控制器與人機(jī)界面、十自由度傳感器、電量檢測(cè)模塊、溫濕度傳感器組和體外壓力傳感器之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向傳輸：舵機(jī)控制器可發(fā)送16路獨(dú)立的PWM波給舵機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的控制，并與十自由度傳感器結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛇體的閉環(huán)控制。電氣系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖l所示。

其次，一個(gè)重要的作用便是通過異步串口通訊方式實(shí)現(xiàn)與iNEMOboard的通訊，使用開發(fā)板板載的慣性測(cè)量傳感器，將三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀以及由三軸磁力計(jì)制作的電子羅盤所得出的數(shù)據(jù)融合起來，通過Kalman濾波算法克服了加速計(jì)在運(yùn)動(dòng)情況下的角度不穩(wěn)定同時(shí)也防止了陀螺儀的累積誤差，從而可得出相對(duì)較為準(zhǔn)確的航向角。……