[發明專利]一種水下機器人的推力分配器及推力分配方法

有效

• 申請號: 202210259118.0
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114620207B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 孫功武;屈俊琪;王俊軒;李新光;毛英
• 申請（專利權）人: 中船重工海洋裝備（海南）有限公司
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/08;G06F17/16
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

1.一種水下機器人的推力分配方法，其特征在于，所述方法包括：

確定所述水下機器人的垂向期望力τ_dz、水平縱向期望力τ_ldx和水平橫向期望力τ_ldy和轉艏力矩τ_ldn，其中水平縱向是沿著水下機器人艏部向前的方向，水平橫向是水平面上垂直于水平縱向朝向所述水下機器人右側的方向，垂向是垂直于水平面的方向，所述水下機器人搭載有若干個水平推進器和垂直推進器；

對所述水平縱向期望力τ_ldx在各個水平推進器上進行單自由度推力分配得到各個水平推進器的第一初始推力T_ldx，對所述水平橫向期望力τ_ldy在各個水平推進器上進行單自由度推力分配得到各個水平推進器的第二初始推力T_ldy，對所述轉艏力矩τ_ldn在各個水平推進器上進行單自由度力矩分配得到各個水平推進器的第三初始推力T_ldn；

構建每個水平推進器的水平推力合成公式為T_ld＝k₁×T_ldn+k₂×T_ldx+k₃×T_ldy，其中，k₁、k₂、k₃均為[0,1]范圍內的待求系數，并根據所述水下機器人當前作業任務對各個自由度的運動需求確定目標函數，所述目標函數指示各個待求系數取得更大取值的期望優先級，水平縱向移動的運動需求越大、k₂的期望優先級越大，水平橫向移動的運動需求越大、k₃的期望優先級越大，艏部轉動的運動需求越大、k₁的期望優先級越大；

基于所述目標函數在推進器的推力范圍所確定的約束條件下求解各個水平推進器的水平推力合成公式，得到待求系數k₁、k₂、k₃的取值，包括：將期望優先級最大的待求系數取為1，在各個水平推進器的水平推力合成公式滿足所述約束條件的基礎上，取期望優先級次大的待求系數的最大值；在期望優先級最大和次大的兩個待求系數取值確定，且在各個水平推進器的水平推力合成公式滿足所述約束條件的基礎上，取期望優先級最小的待求系數的最大值；并代入每個水平推進器的水平推力合成公式得到每個水平推進器的指令推力值；

對所述垂向期望力τ_dz在各個垂直推進器上進行推力分配得到各個垂直推進器的指令推力值，按照各個垂直推進器的指令推力值和各個水平推進器的指令推力值控制各個推進器；

其中，得到第一初始推力T_ldx、第二初始推力T_ldy和第三初始推力T_ldn的方法包括：

其中，基于水平面推力合成矩陣B的偽逆矩陣B⁺得到，當偽逆矩陣時，

2.根據權利要求1所述的推力分配方法，其特征在于，所述方法還包括：

接收垂向推力理論值、水平縱向推力理論值τ_dx、水平橫向推力理論值τ_dy和轉艏力矩理論值τ_dn，并將所述垂向推力理論值直接作為所述垂向期望力τ_dz；

利用水平面推力合成矩陣B對水平縱向推力理論值τ_dx、水平橫向推力理論值τ_dy和轉艏力矩理論值τ_dn進行推力分配，得到各個水平推進器的理論推力，所述水平面推力合成矩陣B由所述水下機器人搭載的各個水平推進器的裝配位置所確定；

當存在至少一個水平推進器的理論推力超出推進器的推力范圍時，根據推進器的推力范圍對水平縱向推力理論值τ_dx、水平橫向推力理論值τ_dy和轉艏力矩理論值τ_dn進行限幅處理，分別得到所述水平縱向期望力τ_ldx、水平橫向期望力τ_ldy和轉艏力矩τ_ldn。