基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统.docx

基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统 摘要：本文介绍了基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统的设计和实现。随着海洋资源开发和水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作业中发挥着越来越重要的作用。ROV作为水下作业的重要工具，对运动控制算法要求较高，采用开源软件ArduSub，结合一种模糊串级PID控制算法实现ROV控制系统的设计。重点对ArduSub的特点、适应配置及PID控制算法原理，包含运动和姿态方面进行了阐述，能够良好实现ROV的水下控制。 1. ROV控制系统的需求 ROV作为水下作业的重要工具，对运动控制算法要求较高，同时要求整个控制系统要有较好的实时性和可靠性。ROV工作于水下环境，具有非线性、易受环境影响等特点，对运动控制算法要求较高。 2. ArduSub简介 ArduSub水下机器人的控制器是一个完整的开源解决方案，提供远程操作控制（通过智能潜水模式）和全自动的执行任务。作为DroneCode软件平台的一部分，它能够无缝地使用地面控制站的软件，可以监控车辆遥测和执行强大的任务规划活动。 ArduSub控制器的主要特点包括： * 反馈控制和稳定性：ArduSub控制器基于多旋翼自动驾驶系统，具有精确的反馈控制，可主动维持方向。 * 深度保持：使用基于压力的深度传感器，ArduSub控制器可以将深度保持在几厘米内。 * 航向保持：默认情况下，ArduSub在未命令转动时自动保持其航向。 * 相机倾斜：通过操纵杆或游戏手柄控制器与伺服或万向节电机进行相机倾斜控制。 * 灯光控制：通过操纵杆或游戏手柄控制器控制海底照明。 * 无需编程：ArduSub控制器适用于各种ROV配置，无需任何自定义编程。大多数参数可以通过地面控制站轻松更改。 * 兼容性好：ArduSub兼容许多不同的ROV框架，支持PWM输出。 3. ArduSub的应用 ArduSub的主要应用方面包括： * 观察和探索 * 破坏发现和记录 * 摄影和摄像 * 船和设备检查 * 生物取样和测量 * 水下检索 * 学术研究 * 科技竞赛等等 4. ROV运动与姿态控制 ROV的动力来源于电机驱动螺旋桨旋转产生的反推力，电机的放置位置、放置方向和数目直接决定了ROV可以实现的运动形式。ROV控制算法的输入量是被控维度的设定值和传感器测量值，输出是该维度的控制量，然后根据公式把各维度控制量转化为对电机的控制量从而对电机进行控制。 5. PID控制算法 ROV的控制算法采用PID控制算法，PID算法是目前应用最为广泛的一种控制算法，它根据设定值和反馈值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。 在ROV的PID控制算法中，PID算法可以根据实际情况进行调整，以确保ROV的稳定运行和高效控制。 本文提出了一种基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统的设计和实现，采用PID控制算法，结合ArduSub的特点和优势，能够良好实现ROV的水下控制。