[發(fā)明專利]一種水下機器人姿態(tài)控制方法、設備及存儲設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711225322.6
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108008733B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設計）人: 丁華鋒;王靜婷;林可;張雄偉
• 申請（專利權）人: 中國地質(zhì)大學(武漢)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 42238 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 龔春來

1.一種水下機器人姿態(tài)控制方法，所述方法由硬件設備實現(xiàn)，其特征在于：包括以下步驟：建立水下機器人的坐標系；以所述坐標系建立水下機器人電機布局方式；建立水下機器人的控制系統(tǒng)模型；設定所述控制系統(tǒng)模型中的傳遞函數(shù)及電機模型；進行坐標變換，建立世界坐標系和水下機器人坐標系的聯(lián)系；完成水下機器人的姿態(tài)控制；所述電機模型具體為：直流電機占空比-輸出拉力模型及直流電機占空比-輸出推力模型；所述電機模型采用回歸擬合方式得到，基本公式為：

其中，A,B及C為擬合參數(shù)。

2.如權利要求1所述的一種水下機器人姿態(tài)控制方法，其特征在于：所述水下機器人坐標系包括：移動坐標系，具體為：為x軸、y軸和z軸；旋轉坐標系，具體為：l軸、m軸和n軸。

3.如權利要求2所述的一種水下機器人姿態(tài)控制方法，其特征在于：以所述坐標系建立水下機器人電機布局方式具體為：所述電機具體數(shù)量為8臺電機，記為：M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7及M8；所述8臺電機的功能具體為：M1及M4用于控制l軸的穩(wěn)定，M2及M3用于控制m軸的穩(wěn)定，M5及M6用于控制n軸的穩(wěn)定，M7及M8用于控制x軸的穩(wěn)定，M5及M6用于控制y軸的穩(wěn)定，M1、M2、M3及M4用于控制z軸的穩(wěn)定；上述電機布局不存在耦合關系，故所述x軸、y軸、z軸、l軸、m軸及n軸的穩(wěn)定性為分開控制。

4.如權利要求1所述的一種水下機器人姿態(tài)控制方法，其特征在于：所述水下機器人的控制系統(tǒng)模型包括：控制器、電機、水下機器人本體、運動干擾及測量誤差。

5.如權利要求4所述的一種水下機器人姿態(tài)控制方法，其特征在于：所述傳遞函數(shù)包括：水下機器人姿態(tài)控制傳遞函數(shù)及控制器傳遞函數(shù)；所述水下機器人姿態(tài)控制傳遞函數(shù)為：

其中，θ為水下機器人的姿態(tài)角，T為水下機器人受到的外力矩，I為水下機器人對于某一旋轉軸的轉動慣量，k為水下機器人在水中執(zhí)行轉動運動的阻尼系數(shù)；所述控制器傳遞函數(shù)為：

時域輸出表達式為：

其中，K_p為比例系數(shù)，K_I為積分系數(shù)，K_D為微分系數(shù)。

6.如權利要求1所述的一種水下機器人姿態(tài)控制方法，其特征在于：所述直流電機占空比-輸出拉力模型經(jīng)過擬合具體為：

所述直流電機占空比-輸出推力模型具體為：

7.如權利要求1所述的一種水下機器人姿態(tài)控制方法，其特征在于：所述進行坐標變換，建立世界坐標系和水下機器人坐標系的聯(lián)系具體為：

其中，xp及yp為機器人坐標系，x及y為世界坐標系，(a，b)為機器人坐標系原點在世界坐標系中的坐標，θ為旋轉角。

8.存儲設備，其特征包括：所述存儲設備存儲指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)權利要求1～7所述的任意一種方法。

9.一種水下機器人姿態(tài)控制設備，其特征在于：包括：處理器及存儲設備；所述處理器加載并執(zhí)行權利要求8中所述存儲設備中的指令及數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)權利要求1～7所述的任意一種方法。