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一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置及方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-10-17
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-01-07
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-07-09
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-10-17
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910989523.6 申请日 2019-10-17
公开/公告号 CN110572110B 公开/公告日 2021-07-09
授权日 2021-07-09 预估到期日 2039-10-17
申请年 2019年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 H02P27/08 主分类号 H02P27/08
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 2
权利要求数量 3 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江苏科技大学 当前专利权人 江苏科技大学
发明人 苗奎星、魏海峰、王浩陈、李垣江、张懿 第一发明人 苗奎星
地址 江苏省镇江市梦溪路2号 邮编 212003
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省镇江市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京正联知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
杭行
摘要
本发明公开了一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置及方法,包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器,驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组相连;控制器的6个IO接口分别和驱动模块的6个栅极输入相连,用于电机的正常转动;同时IO接口也可在PWM无效时间内发送脉冲,改变电机转子瞬时的受力情况,用于电机相对于初始位置振动。其中使用方法包括:通过调节脉冲循环频率,可设置电机为低频振动模式与高频振动模式,用于不同场景和信息量的需求中。通过电机振动时间长短,实现所述摩尔斯信号的基本信号;通过延时控制,实现所述摩尔斯信号的时间间隔;令该摩尔斯信号按照所述摩尔斯编码表编码,因此起到了信息传输的效果。
  • 摘要附图
    一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置及方法
  • 说明书附图:图1
    一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置及方法
  • 说明书附图:图2
    一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置及方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-07-09 授权
2 2020-01-07 实质审查的生效 IPC(主分类): H02P 27/08 专利申请号: 201910989523.6 申请日: 2019.10.17
3 2019-12-13 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置,其特征在于,包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器,其中:所述驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组相连,用于驱动电机旋转、振动;所述控制器的6个IO接口分别和驱动模块的6个栅极输入相连,可发送PWM给6个MOS管的栅极,用于电机的正常转动,还可以在电机工作空余区间内发送脉冲,通过使电机的转子在平衡位置附近振动来传递信息,所述驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6;所述直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极、二极管VD1的阴极、二极管VD3的阴极、二极管VD5的阴极相连;所述直流电源的负极分别和所述MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极、二极管VD4的阳极、二极管VD6的阳极、二极管VD2的阳极相连;所述MOS管S1的源极、所述MOS管S4的漏极和无刷直流电机的A相相连,所述MOS管S1的源极和所述MOS管S4的漏极相连;所述MOS管S3的源极、所述MOS管S6的漏极和无刷直流电机的B相相连,所述MOS管S3的源极和所述MOS管S6的漏极相连;所述MOS管S5的源极、所述MOS管S2的漏极和无刷直流电机的C相相连,所述MOS管S5的源极和所述MOS管S2的漏极相连,所述控制器包括控制器的IO接口P1、IO接口P2、IO接口P3、IO接口P4、IO接口P5、IO接口P6;所述MOS管S1的栅极和所述控制器的IO接口P1相连;所述MOS管S2的栅极和所述控制器的IO接口P2相连;所述MOS管S3的栅极和所述控制器的IO接口P3相连;所述MOS管S4的栅极和所述控制器的IO接口P4相连;所述MOS管S5的栅极和所述控制器的IO接口P5相连;所述MOS管S6的栅极和所述控制器的IO接口P6相连。

2.一种利用水下机器人推进电机传送信息的方法,使用如权利要求1所述的利用水下机器人推进电机传送信息的装置,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:设置控制器IO接口的脉冲模式与脉冲周期;
步骤二:在电机工作空余区间内通过控制器的IO接口发送脉冲,使电机的转子在平衡位置附近振动,脉冲的延迟时间固定,脉冲的循环频率F的增减变化,使得电机产生时间长短不同的振动与振动间隔;
步骤三:在控制代码中预存摩尔斯编码表每个字符所对应的F参数,在需要输出相应字符时,控制器读取预存信息进行电机振动控制;
其中,所发脉冲循环频率F与电机振动频率D如下公式计算得到:
D=F/8000。

3.根据权利要求2所述的利用水下机器人推进电机传送信息的方法,其特征在于,在上述步骤中,当脉冲循环频率降低时,电机的振动频率变低,设置电机为低频振动模式,用于传输距离较远信息量较少信号;当脉冲循环频率升高时,电机的振动频率变高,设置为高频振动模式,用于近距离传输信息量较大的信号。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于无刷直流电机技术领域,具体地说,是一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置及方法。

背景技术

[0002] 无刷直流电机近年来得到广泛的应用,其具有控制简单、效率高、调速性能好、输出转矩大等特点。在水面与水下机器人设备的运动功能上有较为广泛的应用。水下机器人设备的通信目前采用的方式主要分为两种,一种为有线通信,常采用导线或光缆作为信道进行信息传输;另一种为无线通信,常采用无线长波通信、水声通信等无线方式。随着无刷直流电机控制技术的不断发展,使用水下机器人推进电机进行振动并利用其编码通信的方法及装置得以提出。成为一种可替代传统水下通信的方式,或成为当其余水下通信装置故障与失效时的替代方式。
[0003] 为了实现这种方法及装置,在电机运转过程中,需要充分利用推进电机的空余工作区间,在需要通信时可以不借助外部设备,使用软件程序控制电机实现振动,令振动信号按照摩尔斯编码规则,实现水下信息的传输。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供了一种利用水下机器人推进电机传送信息的方法及装置,利用电机本体振动,令振动信号按照摩尔斯编码表,很简便的实现利用电机本体进行信息传输的功能。
[0005] 为了达到上述目的,本发明披露了一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置,包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器,其中:驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组相连,用于驱动电机旋转、振动;控制器的6个IO接口分别和驱动模块的6个栅极输入相连,可发送PWM给6个MOS管的栅极,用于电机的正常转动。
[0006] 控制器的输出IO接口,可在PWM无效时间内发送脉冲,改变电机转子瞬时的受力情况,用于控制电机振动传送信息。
[0007] 本发明的进一步改进,驱动模块包括:直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6;直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极、二极管VD1的阴极、二极管VD3的阴极、二极管VD5的阴极相连;MOS管S1的源极、MOS管S4的漏极和无刷直流电机的A相相连,MOS管S1的源极和MOS管S4的漏极相连;MOS管S3的源极、MOS管S6的漏极和电机的B相相连,MOS管S3的源极和MOS管S6的漏极相连;MOS管S5的源极、MOS管S2的漏极和电机的C相相连,MOS管S5的源极和MOS管S2的漏极相连。
[0008] 本发明的进一步改进,控制器包括:控制器的IO接口P1、IO接口P2、IO接口P3、IO接口P4、IO接口P5、IO接口P6;MOS管S1的栅极和控制器的IO接口P1相连;MOS管S2的栅极和控制器的IO接口P2相连;MOS管S3的栅极和控制器的IO接口P3相连;MOS管S4的栅极和控制器的IO接口P4相连;MOS管S5的栅极和控制器的IO接口P5相连;MOS管S6的栅极和控制器的IO接口P6相连。
[0009] 本发明还提供了利用水下机器人推进电机传送信息方法的具体步骤如下:步骤一:设置控制器IO接口的脉冲模式与脉冲周期;步骤二:在电机工作空余区间内通过控制器的IO接口发送脉冲,使电机的定子在平衡位置附近振动,脉冲的延迟时间固定,脉冲的循环频率F的增减变化,使得电机产生时间长短不同的振动与振动间隔。步骤三:在控制代码中预存摩尔斯编码表每个字符所对应的F参数,在需要输出相应字符时,控制器读取预存信息进行电机振动控制。
[0010] 所发脉冲循环频率F与电机振动频率D如下公式计算得到:D=F/8000。
[0011] 上述方法中,当脉冲循环频率F降低至0—160Khz时,电机的振动频率为0—20hz,此时电机处于低频振动模式,用于传输距离较远信息量较少信号;当脉冲循环频率F升高至50Mhz—80Mhz时,电机的振动频率D为6.25Khz—10Khz,此时电机处于高频振动模式,用于近距离传输信息量较大的信号。
[0012] 本命通过电机振动时间长短,实现摩尔斯信号的基本信号;通过延时控制,实现摩尔斯信号的时间间隔;令该摩尔斯信号按照摩尔斯编码表编码,因此起到了信息传输的效果。
[0013] 其中,摩尔斯编码信号包括:两种基本信号和不同的间隔时间。两种基本信号包括:短促的点信号“·”,读“滴”(Di);保持一定时间的长信号“—”,读“嗒”(Da);间隔时间包括:“滴”,1t;“嗒”,3t;“滴”“嗒”间,1t;字符间,3t;字间,7t。
[0014] 可选地,间隔时间t包括:通过电机所处振动模式的最小小时间隔τ赋值给t,最小时间间隔τ在使用低频振动模式时,τ=0.05s;最小时间间隔τ在使用高频振动模式时,τ= 0.0001s;可选地,摩尔斯编码表包括:使用“·—”表示字符“A”;使用“—···”表示字符“B”;使用“—·—·”表示字符“C”;使用“—··”表示字符“D”;使用“·”表示字符“E”;使用“··—·”表示字符“F”;使用“—··”表示字符“G”;使用“····”表示字符“H”;使用“··”表示字符“I”;使用“·— — —”表示字符“J”;使用“—·—”表示字符“K”;使用“·—··”表示字符“L”;使用“— —”表示字符“M”;使用“—· ”表示字符“N”;使用“— — —”表示字符“O”;使用“·— —·”表示字符“P”;使用“— —·—”表示字符“Q”;使用“ ·—·”表示字符“R”;使用“···”表示字符“S”;使用“—”表示字符“T”;使用“··—”表示字符“U”;使用“···—”表示字符“V”;使用“·— —”表示字符“W”;使用“—··—”表示字符“X”;使用“—·— —”表示字符“Y”;使用“— — ··”表示字符“Z”;使用“·— — — —”表示字符“1”;使用“·· — — —”表示字符“2”;使用“···— —”表示字符“3”;使用“····—”表示字符“4”;使用“·····”表示字符“5”;使用“—····”表示字符“6”;使用“— —···”表示字符“7”;使用“— — —··”表示字符“8”;使用“— — — —·”表示字符“9”;使用“— — — — —”表示字符“0”。
[0015] 本发的有益效果:1、通过利用推进电机的工作空余时间产生振动信号,实现信息传输,可替代传统水下通信的方式,或成为当其余水下通信装置故障与失效时的替代方式。2、通过摩尔斯编码信号的信息传输方式,便于加密与解密,提高水下信息传输的保密性。3、当脉冲循环频率降低时,电机的振动频率变低,可设置电机为低频振动模式,用于传输距离较远信息量较少信号;当脉冲循环频率升高时,电机的振动频率变高,可设置为高频振动模式,用于近距离传输信息量较大的信号。

实施方案

[0018] 为了加深对本发明的理解,下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述,该实施例仅用于解释本发明,并不对本发明的保护范围构成限定。
[0019] 实施例:如图1所示,一种利用水下机器人推进电机传送信息的装置,包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器,驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组相连,用于驱动电机旋转、发音;控制器的6个IO接口分别和驱动模块的6个栅极输入相连,可发送PWM给6个MOS管的栅极,用于电机的正常转动;同时IO接口也可在PWM无效时间内发送脉冲,改变电机转子瞬时的受力情况,用于电机相对于初始位置振动。
[0020] 在本实施例中,驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6;直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极、二极管VD1的阴极、二极管VD3的阴极、二极管VD5的阴极相连;直流电源的负极分别和MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极、二极管VD4的阳极、二极管VD6的阳极、二极管VD2的阳极相连;MOS管S1的源极、MOS管S4的漏极和无刷直流电机的A相相连,MOS管S1的源极和MOS管S4的漏极相连;MOS管S3的源极、MOS管S6的漏极和电机的B相相连,MOS管S3的源极和MOS管S6的漏极相连;MOS管S5的源极、MOS管S2的漏极和电机的C相相连,MOS管S5的源极和MOS管S2的漏极相连。
[0021] 在本实施例中,控制器包括:控制器的IO接口P1、IO接口P2、IO接口P3、IO接口P4、IO接口P5、IO接口P6;所述MOS管S1的栅极和所述控制器的IO接口P1相连;所述MOS管S2的栅极和所述控制器的IO接口P2相连;所述MOS管S3的栅极和所述控制器的IO接口P3相连;所述MOS管S4的栅极和所述控制器的IO接口P4相连;所述MOS管S5的栅极和所述控制器的IO接口P5相连;所述MOS管S6的栅极和所述控制器的IO接口P6相连。
[0022] 如图2所示,一种利用水下机器人推进电机传送信息的方法,以电机正常工作时导通MOS管S1、S6使用低频振动模式发送字符串信息“X SOS”为例介绍具体操作步骤:步骤A1:设置控制器IO接口的脉冲模式与脉冲周期;步骤A2:在电机工作空余区间内通过控制器的IO接口给MOS管S1和S6各发一个脉冲,脉冲的延迟时间固定,脉冲的循环频率F的增减变化,使得电机产生时间长短不同的振动与振动间隔;步骤A3:在控制代码中预存摩尔斯编码表每个字符所对应的F参数,在需要输出相应字符时,控制器读取预存信息进行电机振动控制。
[0023] 其中,所发脉冲循环频率F与电机振动频率D如下公式计算得到:D=F/8000。当脉冲循环频率F降低至0—160Khz时,电机的振动频率为0—20hz,此时电机处于低频振动模式,用于传输距离较远信息量较少信号;当脉冲循环频率F升高至50Mhz—80Mhz时,电机的振动频率D为6.25Khz—10Khz,此时电机处于高频振动模式,用于近距离传输信息量较大的信号。
[0024] 可选地,当脉冲循环频率降低时,电机的振动频率变低,可设置电机为低频振动模式,用于传输距离较远信息量较少信号;当脉冲循环频率升高时,电机的振动频率变高,可设置为高频振动模式,用于近距离传输信息量较大的信号。
[0025] 可选地,通过电机振动时间长短,实现所述摩尔斯信号的基本信号;通过延时控制,实现所述摩尔斯信号的时间间隔;令该摩尔斯信号按照所述摩尔斯编码表编码。
[0026] 可选地,“—”表示“嗒”信号,“·”表示“嘀”信号,字符串信息“X SOS”的表示步骤如下:1、“X”字符的第一位“—”信号,通过电机持续振动0.15s表示。2、通过电机持续空操作0.05s来表示第二位“·”信号与第一位“—”信号之间的间隔信号。3、“X”字符的第二位“·”信号,通过电机持续振动0.05s表示。4、通过电机持续空操作0.05s来表示第三位“·”信号与第二位“·”信号之间的间隔信号。5、“X”字符的第三位“·”信号,通过电机持续振动
0.05s表示。6、通过电机持续空操作0.05s来表示第四位“—”信号与第三位“·”信号之间的间隔信号。7、“X”字符的第四位“—”信号,通过电机持续振动0.15s表示。8、通过电机持续空操作0.35s来表示“X”与“SOS”之间的字间间隔信号。9、第一个“S”字符的第一位“·”,通过电机持续振动0.05s表示。10、通过电机持续空操作0.05s来表示第二位“·”信号与第一位“·”信号之间的间隔信号。11、第一个“S”字符的第二位“·”,通过电机持续振动0.05s表示。12、通过电机持续空操作0.05s来表示第三位“·”信号与第二位“·”信号之间的间隔信号。13、第一个“S”字符的第三位“·”,通过电机持续振动0.05s表示。14、通过电机持续空操作0.15s来表示第二个“O”字符与第一个“S”字符间的间隔信号15、第二个“O”字符的第一位“—”信号,通过电机持续振动0.15s表示。16、通过电机持续空操作0.05s来表示第二位“—”信号与第一位“—”信号之间的间隔信号。17、第二个“O”字符的第二位“—”信号,通过电机持续振动0.15s表示。18、通过电机持续空操作0.05s来表示第三位“—”信号与第二位“—”信号之间的间隔信号。19、第二个“O”字符的第三位“—”信号,通过电机持续振动0.15s表示。20、通过电机持续空操作0.15s来表示第三个“S”字符与第二个“O”字符间的间隔信号。
21、第三个“S”字符的第一位“·”,通过电机持续振动0.05s表示。22、通过电机持续空操作
0.05s来表示第二位“·”信号与第一位“·”信号之间的间隔信号。23、第三个“S”字符的第二位“·”,通过电机持续振动0.05s表示。24、通过电机持续空操作0.05s来表示第三位“·”信号与第二位“·”信号之间的间隔信号。25、第三个“S”字符的第三位“·”,通过电机持续振动0.05s表示。
[0027] 在本实施例中,选用额定电压为24V、额定转速为3000rpm无刷直流电机进行水下振动试验。控制器采用STM32F103C8T6控制器。按键模块包括3个按键,分别是按照摩尔斯编码表顺序的正序加键和正序减按键和启动停止按键。
[0028] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

附图说明

[0016] 图1为本发明一种利用水下机器人推进电机传送信息装置的电路原理图。
[0017] 图2为本发明一种利用水下机器人推进电机传送信息装置的指示方法流程图。
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