基于树莓派3的无人水下机器人设计

一、项目简介

海洋占据着地球大部分表面积，蕴藏着大量的资源；且相对于人类对太空的认知，我们对水下世界的认识少之又少。怀着对这片神秘深蓝区域的好奇，我们开发了一款无人水下机器人（UUV）。通常来讲，根据是否由人通过机器人拖拽的线缆进行实时控制，我们可以将无人水下机器人分为遥控水下机器人（ROV）和自主水下机器人（AUV）。本次项目在概念上进行创新，设计了一种具有长续航能力的混合式水下机器人（ARV）。

二、工作环境

本次项目使用经典的Raspbian-Wheezy系统，通过显示器进行初始化设置（这部分就不详细介绍了，网上教程一大堆，推荐本书《爱上Raspberry Pi》，入门超好用）。后面为了开发方便，使用WiFi+putty+VNC+ftp进行调试和程序上传。软件部分主要使用自带shell和Python 2.7.

三、系统搭建

硬件方面，本机器人使用两个无刷直流电机作为推进器，可进行水平面内的直行和转向。机器人腹部有水舱，通过水阀进行吞/吐水操作进而实现上浮下潜。为提高机器人的搭载能力，充分发挥其水下试验平台作用，为后续搭载不同实验设备做准备，其背部设计为平板，便于安放设备。头部带有通讯舱，内含433M通讯模块。前胸部有电器仓，放有主控系统（树莓派）和电机驱动板（Arduino）。为节约成本，本机器人使用有机玻璃搭建了主体结构。

本次项目采用遥控+自主双模式混合方案。遥控过程中通过433M模块与陆地控制端进行通讯。通过提前商定好的通讯协议，岸上通过无线电台给机器人发送控制指令，机器人获取后进行相应动作（直行，转向，上浮/下潜）。机器人接收指令后也会向岸上操作员返回成功信号。机器人默认处于遥控状态，当收到操作员发出的自主运动指令后，根据预设的动作组进行自主动作，结束后返回遥控模式。

四、软件设计

本次项目软件部分较为简单，主要包括树莓派上主控程序和Arduino上底层程序。具体程序见附件。

五、实物图片

展示几张装配和试验过程中的航行器图片。

上面两张是最后成品机器人图片。当然过程十分艰辛，这是我们的试验场地...

六、演示视频

为了更好地进行演示，我们编写了上位机程序，然后对整个系统进行了联机运行

七、附件

代码  

1. #-*-coding:utf-8-*
   
2. import serial
   
3. import time
   
4. import RPi.GPIO as gpio
   
5. ser=serial.Serial("/dev/ttyUSB0",9600)#msg
   
6. ser_ard=serial.Serial("/dev/ttyUSB1",9600)#arduino
   
7. ser2=serial.Serial("/dev/ttyUSB2",9600)#up
   
8. def main():
   
9.         time.sleep(0.5)
   
10.         ser.write("AT+CMGD=1\r")
    
11.         time.sleep(0.5)
    
12.         while True:
    
13.                 count2=ser2.inWaiting()
    
14.                 if count2 != 0:
    
15.                         recv2=ser2.read(count2)
    
16.                         ser2.write(recv2)
    
17.                         ser_ard.write(recv2)
    
18.                         print recv2
    
19.                 ser2.flushInput()
    
20.                 time.sleep(0.1)
    
21.                 ser.write("AT+CMGR=1\r")
    
22.                 count=ser.inWaiting()
    
23.                 if count != 0:
    
24.                         recv=ser.read(count)
    
25.                         print 'read1' + recv
    
26.                         if (len(recv) >= 80):# and (recv.split('\r\n')[0][0:9] == 'AT+CMGR=1'):
    
27.                                        count_p=recv.split('\r\n')
    
28.                                 header="*CTL,"
    
29.                                 end="^"
    
30.                                 print '!!!!!!!!countp0'+count_p[2][0:3]
    
31.                                 #count_to_ard = str(header) + count_p[3] + str(end)        
    
32.                                 count_to_ard = '*CTL,' + count_p[2][0:11] + '^'
    
33.                                 ser_ard.write(count_to_ard)
    
34.                                 time.sleep(0.5)
    
35.                                 ser.write("AT+CMGD=1\r")
    
36.                                 time.sleep(0.5)
    
37.                 #time.sleep(0.5)
    
38.                 #ser.write("AT+CMGD=1\r")               
    
39.                 time.sleep(0.1)
    
40.                 ser.flushInput()
    
41.                 time.sleep(0.1)
    
42. if __name__== '__main__':
    
43.         try:
    
44.                 main()
    
45.         except KeyboardInterrupt:
    
46.                 if ser2 != None:
    
47.                         ser2.close()
    
48.                 if ser_ard != None:
    
49.                         ser_ard.close()
    
50.                 if ser != None:
    
51.                         ser.close()

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基于树莓派3的无人水下机器人设计

一、项目简介

海洋占据着地球大部分表面积，蕴藏着大量的资源；且相对于人类对太空的认知，我们对水下世界的认识少之又少。怀着对这片神秘深蓝区域的好奇，我们开发了一款无人水下机器人（UUV）。通常来讲，根据是否由人通过机器人拖拽的线缆进行实时控制，我们可以将无人水下机器人分为遥控水下机器人（ROV）和自主水下机器人（AUV）。本次项目在概念上进行创新，设计了一种具有长续航能力的混合式水下机器人（ARV）。

二、工作环境

本次项目使用经典的Raspbian-Wheezy系统，通过显示器进行初始化设置（这部分就不详细介绍了，网上教程一大堆，推荐本书《爱上Raspberry Pi》，入门超好用）。后面为了开发方便，使用WiFi+putty+VNC+ftp进行调试和程序上传。软件部分主要使用自带shell和Python 2.7.

三、系统搭建

硬件方面，本机器人使用两个无刷直流电机作为推进器，可进行水平面内的直行和转向。机器人腹部有水舱，通过水阀进行吞/吐水操作进而实现上浮下潜。为提高机器人的搭载能力，充分发挥其水下试验平台作用，为后续搭载不同实验设备做准备，其背部设计为平板，便于安放设备。头部带有通讯舱，内含433M通讯模块。前胸部有电器仓，放有主控系统（树莓派）和电机驱动板（Arduino）。为节约成本，本机器人使用有机玻璃搭建了主体结构。

本次项目采用遥控+自主双模式混合方案。遥控过程中通过433M模块与陆地控制端进行通讯。通过提前商定好的通讯协议，岸上通过无线电台给机器人发送控制指令，机器人获取后进行相应动作（直行，转向，上浮/下潜）。机器人接收指令后也会向岸上操作员返回成功信号。机器人默认处于遥控状态，当收到操作员发出的自主运动指令后，根据预设的动作组进行自主动作，结束后返回遥控模式。

四、软件设计

本次项目软件部分较为简单，主要包括树莓派上主控程序和Arduino上底层程序。具体程序见附件。

五、实物图片

展示几张装配和试验过程中的航行器图片。

上面两张是最后成品机器人图片。当然过程十分艰辛，这是我们的试验场地...

六、演示视频

为了更好地进行演示，我们编写了上位机程序，然后对整个系统进行了联机运行

七、附件

代码  

1. #-*-coding:utf-8-*
   
2. import serial
   
3. import time
   
4. import RPi.GPIO as gpio
   
5. ser=serial.Serial("/dev/ttyUSB0",9600)#msg
   
6. ser_ard=serial.Serial("/dev/ttyUSB1",9600)#arduino
   
7. ser2=serial.Serial("/dev/ttyUSB2",9600)#up
   
8. def main():
   
9.         time.sleep(0.5)
   
10.         ser.write("AT+CMGD=1\r")
    
11.         time.sleep(0.5)
    
12.         while True:
    
13.                 count2=ser2.inWaiting()
    
14.                 if count2 != 0:
    
15.                         recv2=ser2.read(count2)
    
16.                         ser2.write(recv2)
    
17.                         ser_ard.write(recv2)
    
18.                         print recv2
    
19.                 ser2.flushInput()
    
20.                 time.sleep(0.1)
    
21.                 ser.write("AT+CMGR=1\r")
    
22.                 count=ser.inWaiting()
    
23.                 if count != 0:
    
24.                         recv=ser.read(count)
    
25.                         print 'read1' + recv
    
26.                         if (len(recv) >= 80):# and (recv.split('\r\n')[0][0:9] == 'AT+CMGR=1'):
    
27.                                        count_p=recv.split('\r\n')
    
28.                                 header="*CTL,"
    
29.                                 end="^"
    
30.                                 print '!!!!!!!!countp0'+count_p[2][0:3]
    
31.                                 #count_to_ard = str(header) + count_p[3] + str(end)        
    
32.                                 count_to_ard = '*CTL,' + count_p[2][0:11] + '^'
    
33.                                 ser_ard.write(count_to_ard)
    
34.                                 time.sleep(0.5)
    
35.                                 ser.write("AT+CMGD=1\r")
    
36.                                 time.sleep(0.5)
    
37.                 #time.sleep(0.5)
    
38.                 #ser.write("AT+CMGD=1\r")               
    
39.                 time.sleep(0.1)
    
40.                 ser.flushInput()
    
41.                 time.sleep(0.1)
    
42. if __name__== '__main__':
    
43.         try:
    
44.                 main()
    
45.         except KeyboardInterrupt:
    
46.                 if ser2 != None:
    
47.                         ser2.close()
    
48.                 if ser_ard != None:
    
49.                         ser_ard.close()
    
50.                 if ser != None:
    
51.                         ser.close()

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