基于STM32的水下机器人设计

收稿 日期 ：２０１７—１０—１０：修 订 日期 ：２０１７—１２—２２ 基 金 项 目 ：国家 磁 约 束 核 聚变 能发 展 研 究 专 项 项 目 （２０１４ＧＢ１０１００３；２０ｌ４ＧＢ１０ｌ００４） 作 者 简 介 ：王 雷 （１９９１一 ），男 ，硕 士研 究 生 ，研 究 方 向为 水 下 机 器 人 、多 关 节 遥 操 作 机 械 臂 。
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３ １，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｓｌａｎｄ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｇｒａｄｕ— ａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ ａ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｒｏｂｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒｓ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ａ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏ１．ａ ｎ ｄ ｉｔ ｃａｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｉｍａｇｅｓ ｔｏ ＡＰＰ．１’ｈｅ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｒｏｂｏｔ ｃａｎ ｒｅａ ｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｂａ ｌａ ｎ ｅｅ ｏｆ ａｔｔｉｔｕｄｅ，ａｎｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ４３３ ＭＨｚ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｄｕｌｅ ｃａｎ ｓｅｎｄ ｔｈｅ ａＲｉｔｕｄｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｗ ａｔｅｒ ｒｏｂｏｔ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａ ｔ ｔｈｅ ｓａｎｌｅ ｔｉｍｅ ｉｔ ｃａｎ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ＰＩＤ ｐａ． ｒａｍｅｔｅｒｓ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｖａｒ ｉｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒ ｄａｔａ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａ ｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｉｎｐｕｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏ ｆ ａ ｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｄｒｉｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｔｏ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒ ｗ ａｔｅｒ ｒｏｂｏｔ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｍｏｏｔｈｌｙ．Ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｒｏｂｏｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｏ ｍ ａｉｎｔａｉｎ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｍ ｏｏｔｈｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒ ｗ ａｔｅｒ ｒｏｂｏｔ；ＭＣＵ；ＰＩＤ；ｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ａｔｔｉｔｕｄｅ
ＤＯＩ：１０．１９５５７￣．ｃｎｋｉ．１００１—９９４４．２０１８．０２．００７
基 于 ＳＴＭ３２ 的水 下 机 器 人 设 计
王 雷 ，一，杨 庆喜 ，程 勇 ，张璇 琛 －－，郑 磊 １，２
（１．中 国科 学 院 等 离 子体 物理 研 究所 ，合 肥 ２３００３１；２．中 国科 学 技 术 大 学 科 机 器人 按 照 与 水 面 支 持 系统 之 间 的 联 系 方式 不 同可 以分 为 ２种 ：有 缆水 下 机 器 人 （ＲＯＶ）， ＲＯＶ通 常需 要 电缆 从母 舰 接受 动力 ，并 且 通过 电缆 传输 控 制 信 号 ；无 缆 水 下 机 器 人 （ＡＵＶ），通 常 称 作 自治 水 下机 器 人 或者 智 能水 下 机 器人 ，能够 依 靠 自 身 的智 能控 制 系统 进 行 决策 和 控 制【２Ｊ。本款 水 下 机 器人 旨在设 计 一 款在 浅 水水 域 工 作 的 ，能够 实 现 远 程无 线控 制 和无线 图像 传输 的水 下机 器 人 。
摘 要 ：该 文 利 用ＳＴＭ３２设 计 出一 款 应 用 在 浅 层 水 域 的 ，可 以 通 过 遥 控 器 远 程 控 制 并 实现 水
下 画 面 实 时 图 传 至ＡＰＰ的水 下 机 器 人 该 水 下 机 器人 可 以 实现 水 下 的 自悬浮 以及 姿 态 的 自
平 衡 。具 有 良好 的 机 动 性 和 可控 性 。通 过 ４３３ＭＨｚ无 线模 块 可 以将 水 下机 器人 的 姿 态 数 据
发送到上位机进行 显示 ，同时可 以对运动 算法的ＰＩＤ参数进行在 线修 改。控制 器通过将各
类 传 感 器 数 据 融合 作 为控 制 算 法输 入 ，算 法输 出驱 动 推 进 器 维 持 水 下机 器人 平稳 运 行 。该
水 下 机 器人 经 测 试 能 够达 到 设 计 要 求 ，并 保 持 长 期 平 稳 运 行 。
随着 陆 上 资源 开 发殆 尽 ，越 来 越 多 的 国家 开 始 将 目光 放 在海 洋 。相 比海 洋环 境 恶 劣危 险 ，人 类 的 潜水 深 度有 限 ，不 能 直 接完 成 深海 及 海底 资源 的探 测任 务 目前 的状况 是 只有少 数 国家 有能力 对 海洋 资 源进行 初 步开采 。水下 机 器人强 度 高 、抗 高水 压 、 可操 控 ，能够 完 成深 水 水 域 的探 测 和分 析 任 务 ，并 将探 测 数 据返 回到 陆地 上 ，已逐渐 成 为 人类 进 行 水 下 资源 开发 的主要 工 具【 １。
关 键 词 ：水 下 机 器 人 ；单 片机 ；ＰＩ Ｄ；姿 态 自平 衡
中 图 分 类 号 ：ＴＰ２４２ 文 献 标 志 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１００１—９９４４（２０１８）０２—００２９—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｒｏｂｏｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ ３２
ＷＡＮＧ Ｌｅｉ 一，ＹＡＮＧ Ｑｉｎｇ—ｘｉ ，ＣＨＥＮＧ Ｙｏｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕａｎ—ｃｈｅｎ１，２ ＺＨＥＮＧ Ｌｅｉ ’。