[發明專利]水下機器人攀爬模態下的防滑調頭控制方法及水下機器人

有效

• 申請號: 202011074964.2
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112141303B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 嚴衛生;崔榮鑫;陳樂鵬;許暉;王崇武;李宏;邢瑤;蔣紹博;張守旭
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學深圳研究院
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63B59/10
• 代理公司: 北京尚鉞知識產權代理事務所(普通合伙) 11723
• 代理人: 王海榮

1.一種水下機器人攀爬模態下的防滑調頭控制方法，其特征在于：所述防滑調頭控制方法包括以下步驟：

步驟1：根據期望調頭時間T、機器人的初始航向角ψ₀和自適應變量β構造出期望航向角ψ_d(t)，其中，t表示時刻；

步驟2：根據期望航向角ψ_d(t)以及預設的調頭側移量y_d，構建滑模面s₁、s₂；

步驟3：基于滑模面s₁、s₂以及水下機器人左、右履帶不打滑的控制需求，根據水下機器人左、右履帶所能提供的最大牽引力F_1m和F_2m，設計防滑調頭控制律F₁、F₂以及防滑調頭自適應律其中，w₁、w₂、和為所設計的自適應狀態量；

步驟4：基于防滑調頭控制律F₁、F₂以及防滑調頭自適應律為水下機器人左、右履帶分別提供牽引力u₁和u₂。

2.根據權利要求1所述的防滑調頭控制方法，其特征在于：步驟2中

其中，為水下機器人t時刻期望的側移量，其由航向角ψ、預設的調頭側移量y_d和累積側移量共同決定；λ₁為大于零的常數；

其中，L為左右履帶間距，V₁和V₂分別為左右履帶的行走速度，

3.根據權利要求2所述的防滑調頭控制方法，其特征在于：步驟3中

其中，m＝m₀+m_λ為水下機器人質量m₀和附加質量m_λ之和；J＝J₀+J_λ為水下機器人繞攀爬壁面的轉動慣量J₀和附加轉動慣量J_λ之和；

其中，τ₁和τ₂為大于零的常數，k₁和k₂為大于零的常數，c₀、c₂和c₃為模型的流體動力參數，且c₀、c₂和c₃均為大于零的常數；M_r為轉向時水下機器人側向摩擦力所產生的阻尼力矩，其力矩方向與航向角速度方向相反，可表示為

其中，F_N為水下機器人垂推推力之和，其為大于零的恒定值；d為混合驅動水下機器人的長度；μ為左右履帶相對工作壁面的摩擦系數；

其中，為模型不確定和未知干擾之和的上界估計值；ε₁、ε₂、k_ρ1、k_ρ2均為大于零的常數；Δu₁＝F₁-u₁，Δu₂＝F₂-u₂；為大于零的常數；κ₁和κ₂為均為大于零的常量，且κ₁≤0.01，κ₂≤0.01；k_u1和k_u2均為大于零的常數。

4.根據權利要求3所述的防滑調頭控制方法，其特征在于：步驟4中，

其中，壁面所能提供最大牽引力為

5.一種水下機器人攀爬模態下的防滑調頭控制裝置，其特征在于：所述防滑調頭控制裝置包括處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有執行如權利要求1-4任一所述的防滑調頭控制方法的計算機程序。

6.一種水下機器人，其特征在于：所述水下機器人包括處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有執行如權利要求1-4任一所述的防滑調頭控制方法的計算機程序。