[發明專利]仿生魚路徑控制方法、裝置及仿生魚

有效

• 申請號: 202210442624.3
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114545953B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 吳正興;王健;李思捷;閆帥錚;譚民
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 周淑娟

本發明提供一種仿生魚路徑控制方法、裝置及仿生魚，所述方法包括：基于仿生魚的機械結構參數、運動參數以及受力參數，確定仿生魚的動力學模型；基于動力學模型，以及目標位置，確定二維方向上的控制律和三維方向上的控制律；基于二維方向上的控制律確定仿生魚的尾鰭偏置角度，以及基于三維方向上的控制律確定仿生魚的螺旋槳轉動速度；基于尾鰭偏置角度以及螺旋槳轉動速度，控制仿生魚移動至目標位置。本發明基于尾鰭偏置角度以及螺旋槳轉動速度，對仿生魚進行控制，從而實現在二維方向和三維方向上對仿生魚進行精準控制，以使得仿生魚能夠精確移動至目標位置。

技術領域

本發明涉及水下機器人控制技術領域，尤其涉及一種仿生魚路徑控制方法、裝置及仿生魚。

背景技術

近年來，水下仿生機器人通過模仿自然界生物卓越的運動能力，正逐漸發展為一種兼顧機動性、隱蔽性以及推進效率的優秀水下作業平臺，有著廣闊的發展前景。其中，因為小型水下仿生機器人設計緊湊靈活，具有良好的狹窄空間內的機動性、隱蔽性和低成本等特點，有望被應用在狹窄水域的水質監測、目標搜索和集群探測等領域。

為更有效地執行作業任務，仿生魚作為小型水下仿生機器人的自主性也受到了關注，包括自主巡航、水下避障、路徑規劃和路徑跟蹤等。對于小型水下機器人而言，探索靈活高效的推進方式和高精度的三維路徑跟蹤控制系統可以為狹窄水域的避障、目標搜索和協同作業奠定良好的基礎。目前，多采用離子導電聚合物膜作為致動器研制開發了仿生魚，實現了三維游動。同時，也有利用機載電解槽產生氣體控制深度變化，實現了仿生魚的三維游動。然而，上述方式在控制仿生魚的路徑時精度較低。

發明內容

本發明提供一種仿生魚路徑控制方法、裝置及仿生魚，用以解決現有技術中仿生魚路徑控制精度較低的缺陷。

本發明提供一種仿生魚路徑控制方法，包括：

基于仿生魚的機械結構參數、運動參數以及受力參數，確定所述仿生魚的動力學模型；

基于所述動力學模型，以及目標位置，確定二維方向上的控制律和三維方向上的控制律；

基于所述二維方向上的控制律確定所述仿生魚的尾鰭偏置角度，以及基于所述三維方向上的控制律確定所述仿生魚的螺旋槳轉動速度；

基于所述尾鰭偏置角度以及所述螺旋槳轉動速度，控制所述仿生魚移動至所述目標位置。

根據本發明提供的一種仿生魚路徑控制方法，所述基于仿生魚的機械結構參數、運動參數以及受力參數，確定所述仿生魚的動力學模型，包括：

基于所述機械結構參數、所述運動參數以及所述受力參數，確定所述仿生魚的初始動力學模型；

在所述仿生魚的初始動力學模型中，將平行于尾鰭方向的力、螺旋槳推進力、螺旋槳力矩、所述仿生魚的俯仰角以及所述仿生魚的橫滾角置為0，得到所述仿生魚的動力學模型。

根據本發明提供的一種仿生魚路徑控制方法，所述在所述仿生魚的初始動力學模型中，將平行于尾鰭方向的力、螺旋槳推進力、螺旋槳力矩、所述仿生魚的俯仰角以及所述仿生魚的橫滾角置為0，得到所述仿生魚的動力學模型，包括：

在所述仿生魚的初始動力學模型中，將平行于尾鰭方向的力、螺旋槳推進力、螺旋槳力矩、所述仿生魚的俯仰角以及所述仿生魚的橫滾角置為0，得到簡化動力學模型；

在所述簡化動力學模型中，將所述仿生魚的側滑角置為0，得到所述動力學模型。

根據本發明提供的一種仿生魚路徑控制方法，所述運動參數包括線速度和角速度，所述受力參數包括合外力以及合外力矩；

所述基于所述機械結構參數、所述運動參數以及所述受力參數，確定所述仿生魚的初始動力學模型，包括：

基于所述合外力，以及所述合外力矩，確定所述仿生魚的受力矩陣；