[發明專利]一種游走混合型水下機器人沿斜面直立攀爬行走控制方法

有效

• 申請號: 202110647737.2
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113325859B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 嚴衛生;崔榮鑫;陳樂鵬;楊光;張守旭;許暉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 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;嚴田青

1.一種游走混合型水下機器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，所述行走控制方法包括：

將水下機器人沿斜面直立攀爬行走的運動模型分解為沿縱軸的前向運動模型以及沿橫平面的平面運動模型；

針對前向運動模型，根據水下機器人期望行走速度，采用比例控制，獲取水下機器人的前向力，同時將水下機器人跟隨參考直線路徑的平面運動模型轉化為包含橫向誤差和航向角誤差的級聯系統，基于反步思想設計水下機器人控制律，獲取水下機器人的偏航力矩；

根據解算出的前向力和偏航力矩，分別計算水下機器人兩個水平推進器的推力，各支撐腿所需的前向力以及各支撐腿用于轉向所需的切向力，然后根據運動疊加原理得到水下機器人用于前向運動和轉向運動所需要的各支撐腿前向力，再根據支撐腿的支撐角，反解求出各支撐腿髖關節的驅動力矩及各支撐腿作用于斜面的垂向力；

根據支撐腿作用于斜面的垂向力，計算出垂向推進器的推力值；

其中，將水下機器人跟隨參考直線路徑的平面運動模型轉化為包含橫向誤差和航向角誤差的級聯系統，基于反步思想設計水下機器人控制律，獲取水下機器人的偏航力矩為：

式中，k₂、k₃為控制參數；m₁₁，m₂₂，m₃₃，d₃₃均為水下機器人的水動力參數；水下機器人在運載體坐標系下y_b軸方向的速度為v，航向角速度為r；ψ_d為航路點坐標系下機器人的期望航向角；ψ_e為航路點坐標系下航向角跟蹤誤差；r_e為航路點坐標系下航向角速度跟蹤誤差。

2.根據權利要求1所述的游走混合型水下機器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，針對前向運動模型，根據水下機器人期望行走速度，采用比例控制，獲取水下機器人的前向力為：

τ_X＝-X_uu_c+k_p(u-u_c)

式中，τ_X為水下機器人的前向力，X_u為水下機器人軸向流體阻尼系數，k_p為比例系數，u_c為水下機器人期望的前向速度，u為水下機器人實際的前向速度。

3.根據權利要求1所述的游走混合型水下機器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，根據解算出的前向力和偏航力矩，計算水下機器人兩個水平推進器的推力為：

其中，T₅為左水平推進器產生的推力，T₆為右水平推進器產生的推力，R_S為兩個水平推進器的力臂長度，F_TX為水平推進器產生的前向力，F_TN為水平推進器產生偏航力矩。

4.根據權利要求1所述的游走混合型水下機器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，根據解算出的前向力和偏航力矩，計算機器人第i條腿的髖關節轉矩τ_i為：

l_r為支撐腿等效連桿長度，θ為髖關節旋轉角度，F_li為第i條支撐腿的合力。