基于can总线的自治水下机器人控制系统

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1、万方数据第28卷第4期2006年7月机器人ROBOTV01．28．No．4July，2006文章编号：1002-0446(2006)04-0448-05基于CAN总线的自治水下机器人控制系统张宏伟1，王树新1，杨晓华1，侯巍1，梁捷2(1．天津大学机械T程学院，天津300072；2．国家海洋技术中心，天津300111)摘要：将CAN总线应用在自治水下机器人中，构成多主站的分布式控制系统，取代了以往水下机器人采用的集中式控制结构及主从式网络结构．从硬件和软件两方面详细介绍了CAN总线在自治水下机器人中的应用方案，设计了基于P87C591单片机的CAN总线控制器，并针对水下机器人分布式控制系统的

2、需求特点，设计了CAN应用层协议和相应的通信软件．最后通过湖试验证了控制系统的可行性和可靠性．关键词：自治水下机器人；分布式控制系统；CAN总线中图分类号：TP24文献标识码：BCAN-Bus·BasedControlSystemforAutonomousUnderwaterVehicleZHANGHong．weil，WANGShu．xinl，YANGXiao．hual，HOUWeil，LIANGJie2(1．SchoolofMechanicalEngineering，TianjinUniversity，Tianfin300072，China；2．NationalOceanTechnolog

3、yCenter，Tianfin3001i1，China)Abstract：CANbusisappliedtoautonomousunderwatervehicle(AUV)toconstructadistributedcontrolsystemwithmultimastertoreplacethetraditionalcentralizedcontrolstructureandmaster—slavenetworkstructureusedbyAUV．Theap—plicationofCANbusinAUViSintroducedfromtheviewpointofthehardwarean

4、dsoftware．ThecontrollerofCANbususingP87C591microcontrollerisdesigned．AccordingtothefeaturesoftheAUVdistributedcontrolsystem，theapplicationlayerprotocolofCANbuswithcorrespondingsoftwareisdesigned．Thefeasibilityandreliabilityofthecontrolsystemisve—driedwithlaketest．Keywords：autonomousunderwatervehicl

5、e(AUV)；distributedcontrolsystem；CANbus1引言(Introduction)自治水下机器人(AUV)主要用于无人、大范围、长时间的水下环境监测，在军事领域、海洋工程和水下考察等方面都具有广阔的应用前景．由于海洋环境复杂多变，加之水下机器人六自由度运动具有强耦合、非线性特征，要实现自治，其控制系统是关键技术之一，在很大程度上决定着机器人水平高低．此外，控制系统的可靠性也尤为重要，任何故障都有可能导致机器人丢失¨。．水下机器人的控制系统一般分为集中式控制和分布式控制．集中式控制系统中过分依赖主控计算机，一旦主控计算机出现故障，整个控制系统将会瘫痪，系统可靠性低．

6、分布式控制系统在适用范围、可扩展性、控制速度、系统模块化、可维护性、抗单点故基金项目：国家863计划资助项目(2001AA632010)收稿日期：2005—08—11障等方面具有明显优势，是极佳的选择-2’3J．我们首次将CAN总线应用于自主开发的远程、测量型AUV，设计了CAN应用层协议，并开发了相应的软硬件．和RS．485等总线相比，CAN总线具有如下优点：①实时眭高．多主站工作方式，优先级高的节点优先传输数据，数据传输率高(1Mbit／s)；②检错和纠错机制强．发送信息损坏自动重发，采用独特的非破坏总线仲裁技术，有CRC及其它校验；③连接简单，可扩展性强．通讯协议与开放系统互连模型OS

7、I一致，应用层协议可由用户自己定义[4

8、．万方数据第28卷第4期张宏伟等：基于CAN总线的自治水卜．机器人控制系统2系统总体结构(Configurationofthesys．tern)AUV控制系统结构有以下要求：1)任务分配合理；2)层次关系清晰；3)时序关系严格有序；4)信息交换顺畅；5)控制结构应当模块化、标准化和通用化．本系统采用基于CAN总线的分布式控制体系，如图1所示．系统的网络拓扑结构采用总线型