[發(fā)明專利]考慮多體耦合的水下機器人控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710620365.8
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107436605B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉繼朝;方群
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種考慮多體耦合的水下機器人控制方法，包括以下步驟：1)利用多體系統(tǒng)運動學控制規(guī)劃出水下機器人基座和機械臂的參考軌跡，該參考軌跡以速度信號的形式分別傳遞給機械臂和基座；2)機械臂的速度環(huán)接收速度信號，與運動學控制模塊形成機械臂的位置環(huán)；3)組合體迭代動力學模塊接收機械臂速度信號和基座參數，輸出機械臂對基座的耦合作用力；4)基座控制器接收關于基座的參考軌跡、控制誤差以及機械臂對基座的耦合作用力，計算出基座應該施加的控制力。

技術領域

本發(fā)明屬于水下機器人控制技術領域，具體涉及一種考慮多體耦合的水下機器人控制方法。

背景技術

水下機器人是一個多體機構，各剛體之間有強耦合作用，嚴重影響機器人在水下環(huán)境的控制精度。必須應用多體系統(tǒng)動力學改進傳統(tǒng)控制方式，提高控制系統(tǒng)的控制精度。

目前，針對機械臂的執(zhí)行機構是伺服電機的情況，機械臂上的伺服電機只能處于速度控制模式，自身形成一個速度環(huán)。這種情況下，多體系統(tǒng)動力學無法直接應用于伺服電機，以對電機施加力控制。對當今的水下機器人而言，這樣的控制能力無法滿足要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮多體耦合的水下機器人控制方法，該方法充分考慮機械臂的執(zhí)行機構伺服電機和機械臂對基座的耦合作用，使水下機器人更好適應水下環(huán)境，并精準完成復雜的操作任務，比如對設備的打撈，捕獲等。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案來實現：

考慮多體耦合的水下機器人控制方法，包括以下步驟：

1)利用多體系統(tǒng)運動學控制規(guī)劃出水下機器人基座和機械臂的參考軌跡，該參考軌跡以速度信號的形式分別傳遞給機械臂和基座；

2)機械臂的速度環(huán)接收速度信號，與運動學控制模塊形成機械臂的位置環(huán)；

3)組合體迭代動力學模塊接收機械臂速度信號和基座參數，輸出機械臂對基座的耦合作用力τ_arm；

4)基座控制器接收關于基座的參考軌跡、控制誤差以及機械臂對基座的耦合作用力，計算出應該對基座施加的控制力τ_v。

本發(fā)明進一步的在于，步驟4)中，基座的控制力τ_v算法如下：

其中，上式等號左邊代表不受控單基座的動力學項，等號右邊是控制力與機械臂耦合力的和；M_v＝M_RB+M_A，M_RB是基座的廣義質量矩陣，M_A是基座附加質量矩陣；是基座加速度；C_v＝C_RB+C_A，C_RB是基座本體引起的柯氏力和向心力項，為斜對稱矩陣，C_A是基座附加質量引起的柯氏力和向心力項；v代表基座速度；D_RB(v)代表基座的粘性水動力，由摩擦力引起；代表慣性坐標系下的恢復力，等于重力和浮力的合力；τ_v＝B_vu_v代表基座的控制推力，B_v是推力分配矩陣，u_v是推力器的推力陣列；τ_arm代表機械臂對基座的作用力。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、運動學控制模塊IK接收反饋的機械臂電機速度信號，規(guī)劃出機械臂期望參考信號，并傳遞給機械臂伺服電機，對機械臂進行速度控制；