水下机器人新型关节伺服系统研究

摘要

水下智能机器人（AutonomousUnderwaterVehicle-AUV）在进行海下作业时，水下智能机械手（AutonomousUnderwaterManipulator-AUM）是其必不可少的执行单元。机械手关节位置伺服控制体系结构、伺服控制策略以及电源管理系统是机械手伺服控制研究的重要内容。本文针对水下自治机器人伺服控制系统的体积、功耗和能源使用的特殊要求，提出全数字伺服控制结构，并对此展开以下几方面分析研究：1.根据伺服系统要求的技术指标，进行了水下机器人的位置伺服控制的总体结构设计和装置的功能及工作原理分析。2. 针对水下机器人控制系统小型化和低功耗的要求，通过电路理论分析和Pspice仿真，改进设计出一种新型PWM桥式结构的功率放大电路。为增强系统性能，引进数字位置环、速度环双环控制方案，通过对系统各个环节进行建模并仿真，确定控制策略。3.详细介绍以PIC16F876为核心的数字位置伺服控制器的硬件电路设计，并给出软件设计流程图。总结在设计电路时应注意的电磁兼容（ElectroMagneticCompatibility-EMC）问题，供以后设计电路时参考。4.通过对制约水下机器人发展的能源瓶颈问题的分析，引入能源管理的概念，并且针对本文研究的伺服系统，介绍电源管理系统的实现。最后简要总结了水下机器人伺服控制的全数字控制系统，作为实验室的预研课题，为解决系统小型化和低功耗问题提供较好的思路。本文还提出系统中存在的一些问题，对以后的改进和完善提出建议。