[發明專利]水下仿生球形/半球形機器人的推力矢量分配優化方法

有效

• 申請號: 202110450053.3
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113296524B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 邢會明;葉秀芬;劉文智;李海波;梅新奎;王璘;陳尚澤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 北京睿派知識產權代理有限公司 11597
• 代理人: 劉鋒

1.一種水下仿生球形/半球形機器人的推力矢量分配優化方法，所述機器人赤道面周向分布四組腿部機構，每組所述腿部機構至少包括依次連接的第一水平轉動關節、第一連桿、第一垂直轉動關節及遠端連接的推進器，將所述機器人的外界空間沿所述機器人周向劃分成區域I、區域II、區域III和區域IV；所述區域I、區域II、區域III和區域IV分別作為所述機器人的前方區域、左方區域、后方區域和右方區域，其特征在于，所述方法包括：

S1，建立所述機器人的多種運動模式，所述多種運動模式至少包括“H”型運動模式、“工”型運動模式和“X”型運動模式；

S2，建立所述多種運動模式分別對應的運動模型，所述運動模型至少包括“H”型運動模型、“工”型運動模型和“X”型運動模型；

S3，根據多個所述運動模型建立多并聯PID控制模型，設定期望航跡點，以所述機器人的位置信息和姿態角信息為反饋信息，切換所述運動模式，閉環控制所述機器人運動；

在所述步驟S3中，所述位置信息包括所述機器人與所述期望航跡點的距離和方位；

所述“以所述機器人的位置信息和姿態角信息為反饋信息，切換所述運動模式”包括：當所述期望航跡點與所述機器人的距離超過距離閾值且位于所述區域I或所述區域III時，啟動所述“H”型運動模式；當所述期望航跡點與所述機器人的距離超過距離閾值且位于所述區域II或所述區域IV時，啟動所述“工”型運動模式；當所述期望航跡點與所述機器人的距離不超過距離閾值時，啟動所述“X”型運動模式；

對于所述“H”型運動模型和所述“工”型運動模型，在保持所述機器人水平推力平衡的情況下，通過假設所述機器人的其中一個推進器的水平方向推力為0，而進一步優化各個所述推進器的水平方向推力；

對于所述“X”型運動模型，當F_X+F_Y≥0時，令所述機器人的前方兩推進器的水平方向推力分別為0，當F_X+F_Y＜0時，令所述機器人的后方兩推進器的水平方向推力分別為0，而進一步優化各個所述推進器的水平方向推力，其中，F_X表示所述機器人沿翻滾軸的推力，F_Y表示所述機器人沿俯仰軸的推力。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S2之前，建立所述機器人的驅動力-力矩模型。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多種運動模式是通過將各組所述腿部機構的所述第一水平轉動關節旋轉并鎖定至不同角度形成。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對于所述“H”型運動模型和所述“工”型運動模型，通過假設所述機器人的其中一個推進器的垂直方向推力并定義而進一步優化各個所述推進器的垂直方向推力，其中，l表示所述第一水平轉動關節的轉動軸與所述機器人赤道面中心的水平距離，F_Z表示所述機器人沿偏航軸的推力，T_Y表示所述機器人繞俯仰軸的力矩，T_X表示所述機器人繞翻滾軸的力矩。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對于所述“X”型運動模型，在保持所述機器人不發生翻滾和俯仰的情況下，通過調整各個所述第一垂直轉動關節的轉動角度，而進一步優化各個所述推進器的垂直方向推力。