OceanTech Fish

Mon, 16 May 2022 12:06:40 +0800

简介

OceanTech fish是一款三波动鳍仿生鱼，我们期望它能作为水路两栖仿生机器人，应用于水文监测，管道探查等领域。

2021年5月，我作为电控组的成员参与了2021全国大学生OceanTech竞赛创新挑战赛，获得国家级二等奖1项。2021年8月，我们参加了第十届全国海洋航行器设计与制作大赛。获得国家级二等奖1项。

作为电控组成员，我主要负责波动鳍的动力学编程、以及通信模块的优化，它包括：

使用单独的舵机控制每个鳍条的运动，使机器人的鳍片产生不同的波形、以实现不同的运动姿态。
保证摄像头采集到的数据可以有效传输给客户端。

点击这里有我们早期演示的视频。

技术细节

运动控制： 采用单独的舵机控制每个鳍条的运动：分别控制鳍条的运动使展现不同的运动姿态

驱动方案： 使用STM32H7芯片，通过算法使STM32H7芯片在接收到九轴传感器数据后、对水下机器人进行运动学正解解算与分析，使用RS232协议将期望轨迹发送给舵机PWM信号发生板，最后PWM信号发生板通过改变占空比使舵机以规定速度拉动刚性鳍条运动，从而使鳍面成为预期形状并产生稳定推力；

姿态控制： 通过改变机器人内部丝杆滑块位置实现自稳定。舵机内控制板通过编码器对舵机进行调整，以实现整个系统的闭环控制。

数据传输： 基于5.8G的无线电信号被我们用作图传与远程通讯用途，我们能以此远程得到无人机正前方视场角130°的图像、通过传回数据对水下无人机进行远程参数调整与控制。

舵机simulink仿真

Matlab/Simulink提供了基本的功能模块。在Matlab中运行Simulink，根据系统结构图，在不考虑负载力矩M的影响下，代入相应参数后得到仿真实例。

CFD方法-波动鳍周围速度场模拟仿真

航行器两侧水流速度较快, 前端和后端水流速度较慢。在波动鳍运动的过程中会有涡产生，该涡分布于波动鳍面的周围并呈现反出卡门涡街的形式，这种形式的涡会形成一股中央射流，而射流是产生推进力重要的来源和标志。

手机客户端

使用快速开发工具blynk、开发波动鳍控制器手机APP，它可以实现对航行器的方向、速度、深度的实时监测与状态控制；当发生紧急情况时，系统会及时报警、紧急关闭。

奖项

依托此平台，我与我的团队成员斩获国家级二等奖两项

2021全国大学生OceanTech竞赛创新挑战赛二等奖 2021.05

第十届全国海洋航行器设计与制作大赛《三波动鳍两栖仿生航行器》二等奖 2021.08

图片

RoboCup-MSL

Mon, 16 May 2022 12:06:40 +0800

简介

RoboCup-MSL是一款轮式足球机器人，我们期望使用它实现多机器人协同足球对抗赛，它也可以作为年轻人的足球陪练伙伴。

2021年5月，我作为电控组的成员参与了 RoboCup 中型组竞赛。同时，我们赢得了中国赛的技术创新奖。2021年10月，我们参加了全国机器人锦标赛，获得国家级一等奖5项。2021年12月，我们参加了中国机器人及人工智能大赛，获得国家级一等奖1项。

作为电控组负责人，我负责研发机器人的全部电控系统，它包括：

设计均布式全向轮运动控制的硬件电路，通过CAN总线控制、PID算法、六轴IMU实现机器人底盘稳定运动。
自适应持球装置，持球时，结合地盘轮速与持球电机角度，解算持球电机的转速，以实现“车朝哪走，球向哪滚”。
电磁弹射系统，单板数字电路，实现对机器人击球系统的控制。
上下位机的通信协议

点击这里有我具体工作的介绍视频。

技术细节

下文中，我将从机械结构和硬件电控两个部分去介绍此项目的具体细节

机械部分：

地盘部分采用互成90°角均布的四个全向轮作为机器人的运动部件，整个移动平台的材料全部采用不锈钢钣和铝合金面板。

持球部分使用3508减速电机与摩擦轮作为我们的带球装置，电机与摩擦轮之间采用锥齿轮传动，两侧的主动持球装置成八字放置，持球系统侧板安装有角度传感器，检测不同的持球状态。

击球部分为了实现平射与挑射，我们采用舵机控制舵盘连接块旋转，带动一级铝柱，活动轴，二级铝柱，击球连接块，使舵机的小角度转动，实现击球杆的升降。击球模块以两块钣金作为主体结构，中间用铝柱连接，采用方形插孔的设计安装电路板与电磁弹射支架。

硬件部分：

主控系统采用了stm32F407IGH6TR作为主控芯片，基于大疆RoboMaster开发板C型作为下位机主控系统，支持宽电压输入，集成专用的扩展接口，通信接口以及高精度的IMU传感器。

我在写核心代码时，参考了大疆 **RoboMaster2020 自组版开源步兵**，利用stm32cubemx进行基础配置，采用freertos实时操作系统进行线程管理。系统大致分为以下几个线程: 设备校准，地盘任务，监测设备，imu任务，led闪烁，OLED显示，电池电压检测，舵机控制，持球任务，角度传感器采集任务，电磁弹射任务，以及用于通信的USB发送，接收，解包任务。

电磁弹射部分以stm32f1系列芯片作为控制单元，控制电容的充电，放电，以及电磁线圈的导通，发射。

三层板设计，底部的电容版用于并联8个450V陶瓷电容，中间的主控板用于放置stm32f1，继电器，可控硅等控制部件，上层板放置升压板和水泥电阻，板层之间通过铜柱导电。

持球状态采集部分，我绘制了一块ADC采集板，它在采集到角度传感器的信息后，通过串口给C板发送角度信息。

开源&奖项

依托此平台, 我和我的团队成员斩获多枚国家级奖项, 这里是电控系统开源链接

2021RoboCup机器人世界杯中国赛技术创新奖 2021.05

第二十三届全国机器人锦标赛半自主机器人足球赛5vs5一等奖 2021.10

第二十三届全国机器人锦标赛自主导航无轨避障路径规划赛一等奖 2021.10

第二十三届中国机器人及人工智能大赛全国总决赛一等奖 2021.12

第四届全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛全国总决赛三等奖 2021.11

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OceanTech Fish

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RoboCup-MSL

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