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基于可旋转推进器技术的水下机器人与传统水下机器人相比,其仅需要2个推进器和相应的旋转机构,就可以实现水下机器人的进退、潜浮、转向、横滚4个自由度的运动,并且还可实现悬浮模式,提高了水下机器人的运动灵活性和推进器的工作效率,延长了水下机器人在水下的航行工作时间,非常适合于海洋环境下的勘测工作。因此,研究可旋转推进器在水下机器人上的应用具有重要意义。
本文以实现基于可旋转推进器的水下机器人控制器为目的,设计并实现一套完整的水下机器人控制器软硬件方案,实现控制器软硬件运行工作环境,以便今后进一步验证有关的控制算法。机器人控制器硬件上考虑到试验平台对控制器的低功耗要求,采用了以Atmel公司At91rm9200ARM处理器为核心的EBD9200-Ⅰ嵌入式开发板。软件上采用了目前嵌入式领域应用非常热门的linux操作系统,并完成了相关硬件设备驱动程序的设计与编写。
第1章在论述本文的研究目的和意义后,分别介绍了旋转推进器水下机器人国内外研究现状,并对linux操作系统在水下机器人领域的应用做了简要综述。第2章概述了基于可旋转推进器技术的水下机器人控制系统,完成了机器人控制器的硬件方案设计,分析了其控制系统的软件结构。第3章介绍了控制器上电启动时运行的第一个程序--启动加载程序的基本概念,完成了U-Boot在控制器上的移植设计工作。第4章介绍了控制器系统软件平台中Linux操作系统的移植和根文件系统的构造,从而实现了控制器从硬件到操作系统的正常启动。第5章主要讲述了Linux操作系统下驱动程序的设计,完成了可旋转推进器水下机器人试验平台所需的CAN总线驱动、SPI总线驱动及串口驱动程序的设计。第6章对所设计的各软件模块分别进行功能和可靠性实验验证。
试验平台的测试表明,本文设计的控制器软件平台能够可靠稳定工作,为下一步旋转推进器技术在水下机器人上的应用研究奠定了良好的基础。