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2013年第11期液压与气动33

DOI：10．11832／j．issn．1000—4858．2013．11．009

水下主从伺服液压机械手控制系统设计

王清梅，王秀莲，孙斌，张奇峰

DesignofUnderwaterMaster—slaveHydraulicServo

ManipulatorControlSystem

WANGQing—mei一，WANGXiu—lian，SUNBin，ZHANGQi．feng

(1．沈阳理工大学信息学院，辽宁沈阳110016；

2．机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳110016)

摘要：液压机械手是深海作业潜水器的常载设备，针对一套七功能水下主从伺服液压机械手系统，介

绍了控制系统的组成，重点研究了系统软件实现和从手控制算法，制定了一套完善的上下位机通讯协议，将

变增益的PI控制算法应用于该液压阀控机械手系统。试验证明了系统软件和控制算法的有效性，变增益的

控制算法有效减缓了从手运动滞后及超调抖动问题。

关键词：主从伺服；控制系统；通讯协议；变增益PI

中图分类号：TH137；TP241．2文献标志码：B文章编号：1000-4858(2013)11-0033-05

引言部分主要由主控制器、主手、液晶显示屏及按键组成；

自20世纪以来，海洋技术得到了世界各海洋大国水下部分主要包括伺服阀箱、机械手本体(以下简称

的高度重视和空前发展，水下作业装备的使用要求也水下从手)。

相应提高，作业深度越来越大；同时，作业装备面临的

作业环境也越来越富有挑战性。水下机械手是能够完

成复杂水下作业的一种有效手段。作为深海作业潜水

器的重要组成部分，水下液压机械手集机械、电子、液

压技术为一体，协助潜水器在恶劣的海洋环境下完成

各种水下作业。深海作业的水下机械手，其运动控制

要求良好的实时性、精确驱动执行机构、感知周围环境

及自身运动信息的能力。由于工作条件恶劣，周围环

境复杂，机械手的性能直接影响整个潜水器装备的作图1水下机械手控制系统试验平台

业功能，为此设计一个可靠的控制系统来保证它安全、

利用Pc机开发上位机与下位机应用程序，以

准确地工作至关重要。

ARM板为核心搭建上位机操作环境与下位机驱动系

1系统组成

统。上位机主要实现水面主手关节轨迹采集、水下从

本文针对水下七功能(六自由度十夹钳)主从伺

手关节位置反馈及整个系统状态的读取，下位机采集

服液压机械手设计控制系统，控制系统试验平台如

从手位置信息并根据接收到的主手轨迹对水下从手各

图1所示。主从伺服液压机械手人工操作水面主手，

通过现场或视觉反馈控制水下从手动作实现整个系统收稿日期：2013-05-07

的操作。机械手控制系统硬件由水上和水下两部分组基金项目：国家863资助项目(2012AA091101)

成，采用上位机和下位机两级控制¨J，是一个典型的作者简介：王清梅(1989一)，女，河南开封人，在读研究生，主

二级分布式控制系统，整体控制框图如图2所示，水上要从事水下机械手控制系统设计与研究工作。

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