[發明專利]一種水下機器人重心輔助調節系統及控制方法

有效

• 申請號: 201810506717.1
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108674613B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 魏延輝;朱強;徐麗學;王安琪;趙延峰;郝晟功;田晨光;劉靜;王永海;王文杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種水下機器人重心輔助調節系統控制方法，其特征在于：水下機器人重心輔助調節系統包括：姿態檢測系統、調節運動控制器、絲杠滑塊機構、電池艙、水下機器人運動信息輸入模塊；姿態檢測系統用于檢測水下機器人本體姿態；水下機器人運動信息輸入模塊用于檢測水下機器人本體的運動控制信息和搭載于水下機器人本體上的水下機械臂的運動控制信息；調節運動控制器根據姿態檢測系統檢測的水下機器人縱傾姿態信息和水下機器人運動信息輸入模塊檢測的水下機器人運動控制信息和水下機械臂運動控制信息推導出水下機械臂重心變化趨勢和大小，進而控制絲杠滑塊機構并調整水下機器人的重心，完成目標姿態的控制；絲杠滑塊機構是重心輔助調節系統的執行機構，絲杠滑塊機構根據調節運動控制器的指令帶動電池艙前后移動、調節水下機器人重心，步驟如下：

步驟一：判斷水下機器人工作狀態，當水下機器人在海流干擾下處于靜態情況下，執行步驟二；當水下機器人機械臂重心發生變化情況下，執行步驟三；當水下機器人在既有海流干擾，同時機械臂重心發生變化情況下，執行步驟四；

步驟二：執行水下機器人靜態情況下縱傾姿態控制方法，采用自適應積分反演控制方法：

模型參數不確定性和外干擾的水下機器人縱傾運動的運動學和動力學模型如下：

其中θ為縱傾角，q為縱傾角速度，I_y為繞y軸的轉動慣量，和M_q|q|為水動力系數,τ_M為推進器推力，中包含模型參數不確定性及外干擾f_l；

為控制器推導方便，將控制器系統改寫為如下形式：

其中x₁＝ψ，x₂＝r，ψ為航向角，r為航向角速度，M為慣性項，I_z為自身慣性量，為附加質量，D為水動力參數的比例系數，N_r|r|為水動力參數，u為控制器輸出，f_r為外界干擾和模型不確定性；

步驟三：執行水下機械臂重心動態補償方法，根據水下機械臂重心變化曲線，等效出電池艙重心補償所需的位移變化曲線，根據水下機械臂水中重量和電池艙重量得到電池艙在規定時間內的變化曲線，根據該曲線，采用PID控制方法調節和控制電池艙運動；

步驟四：執行水下機器人綜合動態補償方法，將步驟二所述的水下機器人靜態情況下縱傾姿態控制方法和步驟三所述的水下機械臂重心動態補償方法結合，結合水下機器人所需的運動姿態、當前推進器速度和方向舵角，計算調節運動控制器的參數，根據參數控制絲杠滑塊機構，調節電池艙的位置，實現綜合補償。

2.根據權利要求1所述的一種水下機器人重心輔助調節系統控制方法，其特征在于：所述絲杠滑塊機構包括水密電機、聯軸器、絲杠、滑塊和框架，水密電機輸出端通過聯軸器與設置在框架內的絲杠連接，電池艙的中部的前后兩個位置各固定一個滑塊，絲杠與兩個滑塊相連，水密電機接收調節運動控制器發出的指令帶動絲杠旋轉，絲桿帶動滑塊前后移動。

3.根據權利要求1或2所述的一種水下機器人重心輔助調節系統控制方法，其特征在于，框架包括四個導桿和兩個平板，電池艙穿過四個導桿并可沿四個導桿移動。