本发明属于水下机械手的运动控制，具体说是一种水下集成机械手从手控制装置及方法。
背景技术：
1、随着人类对海洋油气勘探开发和深海资源调查的不断深入以及遥控水下机器人装备的不断开发应用，水下机械手因具有负载能力强，负载/自重比高、通过压力补偿器可实现全海深作业等优点，在越来越多的遥控水下机器人上得到了搭载，用来进行水下目标物的抓取、布放、打捞、施工等作业，在海洋油气勘探开发和深海资源调查方面具有广阔的应用前景，其开发技术也受到了各国的极大重视。
2、目前国内的水下的机械手大多通过外国进口，价格昂贵，配套服务差。国产机械手则采取集中控制，因机械手从手内部走线较多，信号线较长，导致采样和控制精度都有所下降，并且容易受干扰，也致使机械手的运动控制性能下降，给机械手的推广应用带来难处；而具备可就近完成采样与控制的机械手关节控制装置，则可以克服上述缺点。因此研制一种走线较少、可分散集成进关节内部、提升机械手运动控制性能的控制装置及方法已成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种满足走线少、可分散集成到机械手从手各关节内部完成就近控制需求的集成机械手从手控制装置及方法。该从手控制装置具有抗干扰、采样和控制精度高、控制方法简单易行等特点，大大提升了机械手的运动控制性能。
2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种水下集成机械手从手控制装置，包括：主控制单元、液压开关总阀、关节运动控制单元、关节位置传感器以及关节运动控制液压阀；
3、所述主控制单元通过水密电缆与主手控制器连接，通过从手内部信号线和液压开关总阀连接，用于接收主手控制器的液压总阀开关命令，并结合采集到的主控制单元的故障状态和关节运动控制单元的故障状态，控制液压开关总阀的开启和关闭；
4、机械手从手的每个活动关节上的所述关节运动控制单元分别与对应设置在水下机械手从手上的关节位置传感器和关节运动控制液压阀连接，用于通过关节位置传感器采集相应的关节位置数据和通过关节运动控制液压阀驱动关节的运动；
5、关节运动控制单元通过从手内部信号线与主控制单元以级联方式依次连接，用于将关节位置传感器采集相应的关节位置数据发送至主控制单元，同时接收主控制单元发送的控制液压阀的模拟控制量，对关节运动控制液压阀进行控制；
6、机械手的手爪关节与设置在手爪关节上的开合运动控制液压阀连接，用于根据主控制单元的控制指令，控制手爪关节的夹取或松开。
7、所述关节位置传感器，包括：转动位置传感器和俯仰位置传感器；
8、所述转动位置传感器和俯仰位置传感器的数量与机械手从手关节数量相匹配，分别设于机械手从手的关节处位置；
9、所述转动位置传感器和俯仰位置传感器各对应连接一个关节运动控制单元；
10、所述关节运动控制液压阀，包括：转动运动控制液压阀和俯仰运动控制液压阀；
11、所述转动运动控制液压阀和俯仰运动控制液压阀的数量与机械手从手关节数量相匹配，分别设于机械手从手的关节处位置；
12、所述转动运动控制液压阀和俯仰运动控制液压阀各对应连接一个关节运动控制单元。
13、在机械手的手爪关节对应设置有一个开合运动控制液压阀，该开合运动控制液压阀对应连接一个关节运动控制单元。
14、在机械手的每个活动关节设有两个关节运动控制单元，两个关节运动控制单元分别集成在充满液压油的机械手从手对应的关节内部，用于控制机械手该关节进行俯仰和旋转；
15、在机械手的手爪关节对应设置有一个关节运动控制单元，用于控制机械手的手爪关节进行抓取动作。
16、所述主控制单元，包括：主控制单元嵌入式控制器以及与主控制单元嵌入式控制器连接的继电器模块、第一通信模块和第二通信模块；
17、主控制单元嵌入式控制器，用于通过第一通信模块与机械手水面主手控制器通信，接收机械手水面主手控制器的控制信息，并通过第二通信模块接收各个关节运动控制单元发送的关节位置数据，并根据关节位置数据以及控制信息，获取到各个关节运动控制单元中控制液压阀的模拟控制量，将对应控制液压阀的模拟控制量发送至各个关节运动控制单元；
18、继电器模块，用于接收主控制单元嵌入式控制器的控制指令，完成液压开关总阀的打开或关闭。
19、所述关节运动控制单元，包括：关节运动控制单元嵌入式控制器以及与关节运动控制单元嵌入式控制器连接的模拟量输入模块、模拟量输出模块和第三通信模块；
20、关节运动控制单元嵌入式控制器，用于将模拟量输入模块采集相应的关节位置传感器检测的位置信息发送至主控制单元，同时，接收主控制单元发送的关节运动控制信息发送至模拟量输出模块；
21、模拟量输入模块，用于采集相应的关节位置传感器检测的位置信息，并发送至关节运动控制单元嵌入式控制器；
22、模拟量输出模块，用于将关节运动控制单元嵌入式控制器接收到主控制单元发送的关节运动控制信息，输出给相应的关节运动控制液压阀；
23、第三通信模块，用于实现关节运动控制单元嵌入式控制器与主控制单元之间的通信。
24、一种水下集成机械手从手控制方法，包括以下步骤：
25、1)主控制单元接收水面主手控制器的控制信息以及多个关节运动控制单元反馈的各个关节状态信息；
26、2)主控制单元根据主手控制器发送的关节设定位置和关节状态信息中的关节当前位置，依据pid算法进行位置闭环处理以获得发往各关节运动控制单元的控制指令；
27、3)主控制单元根据主手控制器发送的液压总阀开关命令，结合主控制单元的故障状态和关节运动控制单元的异常状态，若主控制单元存在故障状态或关节运动控制单元存在异常状态，则执行液压总阀的关闭动作，反之，主控制单元不存在故障状态且关节运动控制单元不存在异常状态，且主控制单元接收到打开液压总阀的液压总阀开关命令，则执行液压总阀的打开或关闭动作；
28、4)主控制单元将控制指令发送给各关节运动控制单元，将从手的各个关节状态信息发送给水面主手控制器；
29、5)各关节运动控制单元解析主控制单元的控制指令，结合关节运动控制单元的故障状态，产生控制模拟量驱动从手关节运动控制液压阀产生动作；重复步骤1)～步骤5)。
30、步骤3)中，异常状态，包括：连续性采样异常、控制误差超过阈值、零漂超过阈值以及关节运动控制单元的通信中断。
31、步骤5)中，所述主控制单元的故障状态为通信中断状态。
32、步骤5)中，所述结合关节运动控制单元的异常状态，产生控制模拟量驱动从手关节运动控制液压阀产生动作，具体为：
33、机械手从手各关节运动控制单元对异常状态进行诊断，当无异常时，从手各关节运动控制单元根据主控制单元的控制指令产生控制模拟量驱动从手关节运动控制液压阀产生动作；反之，若存在异常时，从手各关节运动控制单元会产生零漂控制模拟量停止从手关节运动控制液压阀产生动作。
34、本发明具有以下有益效果及优点：
35、1.本发明的水下集成机械手从手控制装置及方法，采用分布式控制单元，尺寸小，易于集成在关节内部；
36、2.本发明的水下集成机械手从手控制装置及方法，采用级联的方式依次连接，仅需2根电源线和2根通信线，减少了机械手从手内部走线；
37、3.本发明的水下集成机械手从手控制装置及方法，采用16位的adc和dac芯片，提高了采样和控制精度；
38、4.本发明的水下集成机械手从手控制装置及方法，采用较短的位置传感器采样信号线和液压阀控制信号线，增强了抗干扰性。
1.一种水下集成机械手从手控制装置，其特征在于，包括：主控制单元、液压开关总阀、关节运动控制单元、关节位置传感器以及关节运动控制液压阀；
2.根据权利要求1所述的一种水下集成机械手从手控制装置，其特征在于，所述关节位置传感器，包括：转动位置传感器和俯仰位置传感器；
3.根据权利要求1所述的一种水下集成机械手从手控制装置，其特征在于，所述关节运动控制液压阀，包括：转动运动控制液压阀和俯仰运动控制液压阀；
4.根据权利要求1所述的一种水下集成机械手从手控制装置，其特征在于，在机械手的每个活动关节设有两个关节运动控制单元，两个关节运动控制单元分别集成在充满液压油的机械手从手对应的关节内部，用于控制机械手该关节进行俯仰和旋转；
5.根据权利要求1所述的一种水下集成机械手从手控制装置，其特征在于，所述主控制单元，包括：主控制单元嵌入式控制器以及与主控制单元嵌入式控制器连接的继电器模块、第一通信模块和第二通信模块；
6.根据权利要求1所述的一种水下集成机械手从手控制装置，其特征在于，所述关节运动控制单元，包括：关节运动控制单元嵌入式控制器以及与关节运动控制单元嵌入式控制器连接的模拟量输入模块、模拟量输出模块和第三通信模块；
7.根据权利要求1所述的一种水下集成机械手从手控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种水下集成机械手从手控制方法，其特征在于，步骤3)中，所述异常状态，包括：连续性采样异常、控制误差超过阈值、零漂超过阈值以及关节运动控制单元的通信中断。
9.根据权利要求7所述的一种水下集成机械手从手控制方法，其特征在于，步骤5)中，所述主控制单元的故障状态为通信中断状态。
10.根据权利要求7所述的一种水下集成机械手从手控制方法，其特征在于，步骤5)中，所述结合关节运动控制单元的异常状态，产生控制模拟量驱动从手关节运动控制液压阀产生动作，具体为：
