[發(fā)明專利]一種水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810506717.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108674613B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏延輝;朱強(qiáng);徐麗學(xué);王安琪;趙延峰;郝晟功;田晨光;劉靜;王永海;王文杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B63C11/52
• 分類號(hào): B63C11/52;B63G8/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法，姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)水下機(jī)器人本體姿態(tài)；水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息輸入模塊用于檢測(cè)水下機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)控制信息和搭載水下機(jī)器人本體上的水下機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制信息；調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)水下機(jī)器人縱傾姿態(tài)信息和水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制信息和水下機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制信息推導(dǎo)出水下機(jī)械臂重心變化趨勢(shì)和大小，控制絲杠滑塊機(jī)構(gòu)并調(diào)整水下機(jī)器人的重心；絲杠滑塊機(jī)構(gòu)是重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本發(fā)明將電池艙作為調(diào)節(jié)單元，解決海流外干擾、水下機(jī)械臂重心變化對(duì)機(jī)器人本體影響，能夠補(bǔ)償重心變化對(duì)水下機(jī)器人本體的干擾，有效解決靜態(tài)條件下抵抗海流干擾問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也涉及一種縱傾姿態(tài)的控制方法。

背景技術(shù)

隨著海洋開(kāi)發(fā)的迅猛發(fā)展，無(wú)人自主式水下機(jī)器人越來(lái)越多的被應(yīng)用到海洋開(kāi)發(fā)和探測(cè)過(guò)程中，成為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。為了節(jié)約系統(tǒng)能力，航時(shí)更長(zhǎng)、航行更遠(yuǎn)，無(wú)人自主式水下機(jī)器人一般設(shè)計(jì)成欠驅(qū)動(dòng)形式，即單推進(jìn)器加尾部十字舵的形式。由于局部自由度的缺失，使得水下機(jī)器人在受到水下海流干擾、自身攜帶的水下機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的擾動(dòng)時(shí)，為了維持自身的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，需要航行一段路程，通過(guò)運(yùn)動(dòng)抵消外干擾對(duì)水下機(jī)器人本體產(chǎn)生的影響，這無(wú)疑破壞原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和預(yù)定的軌跡規(guī)劃。

針對(duì)此問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展許多有益的研究工作。武建國(guó)發(fā)明了一種水下機(jī)器人浮力調(diào)節(jié)裝置，利用內(nèi)外皮囊實(shí)現(xiàn)浮力調(diào)整，進(jìn)而調(diào)整水下機(jī)器人姿態(tài)，但這種方式改變水下機(jī)器人的重力和浮力的對(duì)比關(guān)系，必然要犧牲水下機(jī)器人在升沉方向的位置才能實(shí)現(xiàn)自身穩(wěn)定問(wèn)題。謝少榮發(fā)明了一種水下機(jī)器人姿態(tài)主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個(gè)滑動(dòng)平臺(tái)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)附加負(fù)載的變化改變水下機(jī)器人重心位置進(jìn)而補(bǔ)償外干擾影響，具有很重要的借鑒意義。但該發(fā)明額外增加了水下機(jī)器人的負(fù)擔(dān)，沒(méi)有有效利用水下機(jī)器人自身設(shè)備，由于水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，因而造成了水下機(jī)器人空間上的浪費(fèi)。唐智杰等人也發(fā)明了一種水下機(jī)器人姿態(tài)內(nèi)控制系統(tǒng)。它包括：一個(gè)主控制器連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、一個(gè)姿態(tài)傳感器和一個(gè)上位機(jī)控制器，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一個(gè)安裝在水下機(jī)器人內(nèi)部的平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括重心滑塊、雙軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蝸桿、導(dǎo)軌、滑桿、限位開(kāi)關(guān)和機(jī)構(gòu)平臺(tái)。該發(fā)明與謝少榮發(fā)明的水下機(jī)器人姿態(tài)主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)類似，犧牲了水下機(jī)器人本體內(nèi)部有效空間，且沒(méi)有針對(duì)具體外干擾情況提出有效的解決方案和控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種節(jié)約水下機(jī)器人本體內(nèi)部有效空間且考慮具體外干擾情況的單自由度的調(diào)節(jié)水下機(jī)器人前進(jìn)方向的重心位置的水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器、絲杠滑塊機(jī)構(gòu)、電池艙、水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息輸入模塊；姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)水下機(jī)器人本體姿態(tài)；水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息輸入模塊用于檢測(cè)水下機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)控制信息和搭載水下機(jī)器人本體上的水下機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制信息；調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的水下機(jī)器人縱傾姿態(tài)信息和水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息輸入模塊檢測(cè)的水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制信息和水下機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制信息推導(dǎo)出水下機(jī)械臂重心變化趨勢(shì)和大小，進(jìn)而控制絲杠滑塊機(jī)構(gòu)并調(diào)整水下機(jī)器人的重心，完成目標(biāo)姿態(tài)的控制；絲杠滑塊機(jī)構(gòu)是重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，絲杠滑塊機(jī)構(gòu)根據(jù)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器的指令帶動(dòng)電池艙前后移動(dòng)、調(diào)節(jié)水下機(jī)器人重心。

本發(fā)明一種水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還包括：

1.絲杠滑塊機(jī)構(gòu)包括水密電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、滑塊和框架，水密電機(jī)輸出端通過(guò)聯(lián)軸器與設(shè)置在框架內(nèi)的絲杠連接，電池艙的中部的前后兩個(gè)位置各固定一個(gè)滑塊，絲杠與兩個(gè)滑塊相連，水密電機(jī)接收調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出的指令帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲桿帶動(dòng)滑塊前后移動(dòng)。

2.框架包括四個(gè)導(dǎo)桿和兩個(gè)平板，電池艙穿過(guò)四個(gè)導(dǎo)桿并可沿四個(gè)導(dǎo)桿移動(dòng)。

本發(fā)明一種用于上述的水下機(jī)器人重心輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：