本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)機(jī)制，該容錯(cuò)機(jī)制是一種自動(dòng)化、智能化的水下機(jī)器人主機(jī)容錯(cuò)裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，由于海洋深處工況的復(fù)雜性和難以預(yù)測(cè)性，無人水下機(jī)器人在深海作業(yè)時(shí)，一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)面臨無法順利完成水下作業(yè)任務(wù)以及自身無法回收等嚴(yán)峻問題，為水下機(jī)器人的推廣應(yīng)用帶來了很大阻礙。因此，水下機(jī)器人的可靠性保障研究顯得非常關(guān)鍵，它的故障診斷與容錯(cuò)研究就是水下機(jī)器人技術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，其對(duì)自身狀態(tài)的自主診斷和容錯(cuò)的能力是體現(xiàn)其智能水平的重要因素，也是auv安全完成使命任務(wù)的有力保障。

容錯(cuò)控制思想產(chǎn)生的標(biāo)志是1971年niederlinski對(duì)完整性控制概念的提出。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，除了進(jìn)行修復(fù)外，可真正提高系統(tǒng)安全性和可靠性的途徑是容錯(cuò)控制技術(shù)。

其中，冗余是容錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的最核心的手段和方法，也是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的前提因素，如何充分利用冗余來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)目標(biāo)是容錯(cuò)控制技術(shù)研究、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)主要分為硬件冗余和軟件冗余(解析冗余)兩種方法。硬件冗余主要是增加系統(tǒng)關(guān)鍵部件及故障頻發(fā)部件的數(shù)量，即通過硬件的重復(fù)布置來獲得容錯(cuò)能力。軟件冗余(解析冗余)主要是利用系統(tǒng)內(nèi)部存在的解析關(guān)系，通過解析方式表示的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來產(chǎn)生冗余的信號(hào)，或者使用多個(gè)不同軟件執(zhí)行同一功能，利用軟件設(shè)計(jì)差異來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。

硬件冗余的優(yōu)點(diǎn)是便于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是，過度的硬件冗余會(huì)增加機(jī)艙區(qū)的艙容大小，不但影響水下機(jī)器人的布局、浮態(tài)調(diào)整，也會(huì)增加制造、維修成本。所以，為了配合硬件冗余，高等級(jí)水下機(jī)器人冗余研究還應(yīng)輔以軟件冗余(解析冗余)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但對(duì)容錯(cuò)控制算法的設(shè)計(jì)要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)系統(tǒng)。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)系統(tǒng)，包括電子調(diào)速器和用于提供推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)力的伺服電機(jī)，電子調(diào)速器分別連中央控制系統(tǒng)模塊和伺服電機(jī)；所述伺服電機(jī)有兩個(gè)，分別為主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)；主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)通過各自配合的電磁離合器接至一個(gè)雙入單出的并車齒輪箱；在主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)上分別設(shè)置用于監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)，兩個(gè)接近開關(guān)均與電機(jī)檢測(cè)模塊相接；電機(jī)檢測(cè)模塊通過導(dǎo)線分別接至兩個(gè)電磁離合器，以及向兩個(gè)伺服電機(jī)供電的電源；設(shè)置在輔伺服電機(jī)上的接近開關(guān)還通過導(dǎo)線接至應(yīng)急監(jiān)控模塊，應(yīng)急監(jiān)控模塊通過導(dǎo)線與回收控制模塊相接。

本發(fā)明中，所述中央控制系統(tǒng)模塊是單片機(jī)、中央處理器或者是智能處理終端。

本發(fā)明中，所述電機(jī)檢測(cè)模塊還與故障報(bào)警模塊相接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、具有可操作性強(qiáng)、艙容占用小、布置方便、可推廣性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)硬件層面的主機(jī)故障自檢、警報(bào)和自動(dòng)容錯(cuò)功能。

2、該系統(tǒng)僅針對(duì)主推進(jìn)器進(jìn)行冗余設(shè)置，有效避免了過度硬件冗余帶來的負(fù)面影響，同時(shí)和后期在此基礎(chǔ)上設(shè)置的軟件冗余系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的合作容錯(cuò)關(guān)系。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中推進(jìn)器容錯(cuò)系統(tǒng)流程圖。

圖2為并車齒輪箱示意圖。

圖2中的附圖標(biāo)記：(主輸入端的)電磁離合器1、(輔輸入端的)電磁離合器2、主輸入端3、輔輸入端4、輸出端5。

具體實(shí)施方式

首先需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述各模塊均為電路邏輯的集合，而非虛擬功能模塊。其具體實(shí)現(xiàn)是本領(lǐng)域常見技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過對(duì)本發(fā)明的閱讀，根據(jù)其掌握的常規(guī)技術(shù)手段完全可以再現(xiàn)。本發(fā)明中不存在任何方法特征，即便在沒有電路圖的基礎(chǔ)上本領(lǐng)域也是可以實(shí)施的。

如圖1所示，本發(fā)明中的水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)系統(tǒng)，包括電子調(diào)速器和用于提供推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)力的伺服電機(jī)，電子調(diào)速器分別連中央控制系統(tǒng)模塊和伺服電機(jī)。中央控制系統(tǒng)模塊可以是單片機(jī)、中央處理器或者是智能處理終端中的任意一種，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人推進(jìn)器運(yùn)行過程的控制，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人作業(yè)操作的控制。

本發(fā)明中的伺服電機(jī)有兩個(gè)，分別為主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)。主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)通過各自配合的電磁離合器接至一個(gè)雙入單出的并車齒輪箱；在主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)上分別設(shè)置用于監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)，兩個(gè)接近開關(guān)均與電機(jī)檢測(cè)模塊相接；電機(jī)檢測(cè)模塊通過導(dǎo)線分別接至兩個(gè)電磁離合器，以及用于向兩個(gè)伺服電機(jī)供電的電源，電機(jī)檢測(cè)模塊還與故障報(bào)警模塊相接。設(shè)置在輔伺服電機(jī)上的接近開關(guān)還通過導(dǎo)線接至應(yīng)急監(jiān)控模塊，應(yīng)急監(jiān)控模塊通過導(dǎo)線與回收控制模塊相接。

本發(fā)明中并車齒輪箱的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。主輸入端的電磁離合器1與輔輸入端的電磁離合器2并聯(lián)設(shè)置，通過并車齒輪箱的主輸入端3和輔輸入端4實(shí)現(xiàn)雙入單出，由輸出端5提供推進(jìn)器的驅(qū)動(dòng)力。

本發(fā)明所述水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)系統(tǒng)的運(yùn)作方式具體描述如下：

初始狀態(tài)時(shí)，在接收到來自于中央控制系統(tǒng)模塊的上層結(jié)構(gòu)的指令之后，由電子調(diào)速器將調(diào)速命令信號(hào)同時(shí)輸送到主伺服電機(jī)和輔伺服電機(jī)。正常工作情況下，主伺服電機(jī)處于通電狀態(tài)，輔伺服電機(jī)處于斷電狀態(tài)。相應(yīng)地，與主伺服電機(jī)相連接的電磁離合器處于通電狀態(tài)，而與輔伺服電機(jī)相連接的電磁離合器處于斷電狀態(tài)。在初始狀態(tài)下，與主伺服電機(jī)相連的單列結(jié)構(gòu)正常作業(yè)，與輔伺服電機(jī)相連的單列結(jié)構(gòu)處于待機(jī)狀態(tài)。

在電子調(diào)速器向伺服電機(jī)發(fā)出非零信號(hào)后，電機(jī)檢測(cè)模塊開始工作。設(shè)于主伺服電機(jī)上的接近開關(guān)監(jiān)測(cè)主伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送至電機(jī)檢測(cè)模塊進(jìn)行殘差分析。當(dāng)殘差數(shù)值高于設(shè)定閾值的持續(xù)時(shí)間達(dá)到3s時(shí)，電機(jī)檢測(cè)模塊發(fā)出指令信號(hào)：斷開主伺服電機(jī)的電源供應(yīng)、停止主伺服電機(jī)所對(duì)應(yīng)的電磁離合器運(yùn)行；同時(shí)，導(dǎo)通輔伺服電機(jī)的電源供應(yīng)、啟動(dòng)輔伺服電機(jī)所對(duì)應(yīng)的電磁離合器；并且導(dǎo)通故障報(bào)警模塊，發(fā)出伺服電機(jī)運(yùn)行故障警報(bào)。

此后，電機(jī)檢測(cè)模塊轉(zhuǎn)而監(jiān)測(cè)輔伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。當(dāng)輔伺服電機(jī)開始運(yùn)行，且對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)監(jiān)測(cè)輔伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速并首次輸出時(shí)，與接近開關(guān)連接的應(yīng)急監(jiān)控模塊同時(shí)開始運(yùn)行。如輔伺服電機(jī)出現(xiàn)故障，電機(jī)檢測(cè)模塊發(fā)出指令信號(hào)，斷開輔伺服電機(jī)電源供應(yīng)、停止輔伺服電機(jī)所對(duì)應(yīng)的電磁離合器運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)急監(jiān)控模塊向回收控制模塊發(fā)出信號(hào)，由回收控制模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的運(yùn)行程序進(jìn)行水下機(jī)器人的回收作業(yè)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，旨在提供一種水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電子調(diào)速器和兩個(gè)伺服電機(jī)，電子調(diào)速器分別連中央控制系統(tǒng)模塊和伺服電機(jī)；伺服電機(jī)通過各自配合的電磁離合器接至一個(gè)雙入單出的并車齒輪箱；在伺服電機(jī)上分別設(shè)置用于監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)，兩個(gè)接近開關(guān)均與電機(jī)檢測(cè)模塊相接；電機(jī)檢測(cè)模塊通過導(dǎo)線分別接至兩個(gè)電磁離合器，以及向兩個(gè)伺服電機(jī)供電的電源；設(shè)置在輔伺服電機(jī)上的接近開關(guān)還通過導(dǎo)線接至應(yīng)急監(jiān)控模塊，應(yīng)急監(jiān)控模塊通過導(dǎo)線與回收控制模塊相接。本發(fā)明具有可操作性強(qiáng)、艙容占用小、布置方便、可推廣性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)硬件層面的主機(jī)故障自檢、警報(bào)和自動(dòng)容錯(cuò)功能。

技術(shù)研發(fā)人員：冀大雄;辜立忠;宋偉;朱世強(qiáng);鄧志
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.19
技術(shù)公布日：2017.09.15