一种水下机器人的运动控制装置及其方法与流程

本发明涉及水下机器人，具体涉及一种水下机器人的运动控制装置及其方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，水下机器人的相关科技也随之发展，水下机器人从一开始的上潜下浮、前进后退等运动控制需求，到了后面又有了要任意角度的悬停、俯仰、横滚等姿态控制要求，为满足要求采用多个推进器来进行控制，cn219361305u中公开的水下机器通过六个推进器进行位置和姿态控制，但在任何一种工作模式下特别是在横滚(倾翻)状态下，六个推进器都处于运行状态，对于机组来说会增加其控制逻辑的复杂性，同时能耗也会相应的增加。cn111232167a中公开了一种全自由度的水下潜航器及其控制方法，其采用完全对称布局的8个推进器来实现全自由度的动作控制，为抵消相互间的相互作用力及其产生的扭矩，在各动作控制下，各推进器也是处于运行状态，特别是在横滚(倾翻)状态下，同样存在控制逻辑复杂且能耗大的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水下机器人的运动控制装置及其方法，解决现有的水下机器人推进器处于全运行状态导致的控制逻辑复杂且增加能耗的问题。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：包括前进推进器组，所述前进推进器组包括水平设置的四个及以上的偶数个推进器，推进器对称分布在机体两侧，单侧推进器沿机体长度方向分布。

3、更进一步的技术方案是所述矢量推进器组包括倾斜设置的四个推进器，四个推进器对称分布在机体两侧。

4、更进一步的技术方案是所述前进推进器组包括第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器，第一推进器和第二推进器对称分布在机体艏部，第三推进器和第四推进器对称分布在机体尾部，位于对角线位置的推进器桨叶旋向相同，相邻位置的推进器桨叶旋向相反。

5、更进一步的技术方案是所述第一推进器和第三推进器在机体同一侧，第一推进器位置不高于第三推进器。

6、更进一步的技术方案是所述矢量推进器组包括第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器，第五推进器和第六推进器对称分布在机体艏部，第七推进器和第八推进器对称分布在机体尾部，位于对角线位置的推进器桨叶旋向相同，相邻位置的推进器桨叶旋向相反。

7、更进一步的技术方案是所述第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器与对称面夹角均为15-75°。

8、更进一步的技术方案是所述第五推进器和第七推进器在机体同一侧，第五推进器和第七推进器的朝向相反。

9、更进一步的技术方案是所述第五推进器倾斜向下设置，第七推进器倾斜向上设置。

10、更进一步的技术方案是所述控制装置对水下机器人的姿态运动和位置运动进行控制，控制方法如下：

11、姿态运动控制中俯仰运动下，前进推进器组和矢量推进器组均处于运行状态，而航向运动下仅前进推进器组处于运行状态，横滚运动下至少前进推进器组处于运动状态；位置运动控制中前后运动、横移运动、上下运动下，前进推进器组和矢量推进器组仅有一组处于运行状态。

12、更进一步的技术方案是所述俯仰运动中，

13、抬头：第一推进器、第二推进器往前推水，第三推进器、第四推进器往后推水，第五推进器、第六推进器向下推水，第七推进器、第八推进器向上推水；

14、低头：第一推进器、第二推进器往后推水，第三推进器、第四推进器往前推水，第五推进器、第六推进器向上推水，第七推进器、第八推进器向下推水；

15、所述横滚运动中，

16、逆时针倾翻：第一推进器和第四推进器、第二推进器和第三推进器产生逆时针扭矩；

17、顺时针倾翻：第一推进器和第四推进器、第二推进器和第三推进器产生顺时针扭矩；

18、所述航向运动中，

19、逆时针转弯：第一推进器、第三推进器向前推水，第二推进器、第四推进器往后推水，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均不动作；

20、顺时针转弯：第一推进器、第三推进器向后推水，第二推进器、第四推进器往前推水，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均不动作；

21、所述前后运动中，

22、快速前进：第一推进器、第三推进器、第二推进器、第四推进器均往后推水，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均不动作；

23、快速后退：第一推进器、第三推进器、第二推进器、第四推进器均往前推水，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均不动作；

24、所述横移运动中

25、左移：第一推进器、第三推进器、第二推进器、第四推进器均不动作，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均往右推水；

26、右移：第一推进器、第三推进器、第二推进器、第四推进器均不动作，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均往左推水；

27、所述上下运动中，

28、上升：第一推进器、第三推进器、第二推进器、第四推进器均不动作，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均往下推水；

29、下潜：第一推进器、第三推进器、第二推进器、第四推进器均不动作，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器均往上推水。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1.通过设置四个及以上的偶数个推进器作为前进推进器组，推进器均水平对称分布，实现机器人的快速前进后退转弯，并利用其反作用产生的力矩实现横滚运动，并协助完成其它姿态运动，矢量推进器组倾斜设置实现机器人的左右横移和上下运动，并协助完成俯仰、横滚的姿态运动，分别控制不同组推进器实现机器人的运动控制，部分运动中仅一组推进器在运行，大大简化了控制逻辑，也降低了机组能耗。

32、2.通过两侧的对称设置，既可以抵消桨叶转动过程中切向反作用力产生的力矩，也可以在需要时强化此力矩，实现在较小电机功率下得到较大的姿态控制力矩，也可以大大增强机组的抗流能力，使得其在更为恶劣的水下环境中仍能实现姿态的稳定控制。

技术特征：

1.一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：包括前进推进器组，所述前进推进器组包括水平设置的四个及以上的偶数个推进器，推进器对称分布在机体(1)两侧，单侧推进器沿机体(1)长度方向分布。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述矢量推进器组包括倾斜设置的四个推进器，四个推进器对称分布在机体(1)两侧。

3.根据权利要求2所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述前进推进器组包括第一推进器(2)、第二推进器(3)、第三推进器(4)、第四推进器(5)，第一推进器(2)和第二推进器(3)对称分布在机体(1)艏部，第三推进器(4)和第四推进器(5)对称分布在机体(1)尾部，位于对角线位置的推进器桨叶旋向相同，相邻位置的推进器桨叶旋向相反。

4.根据权利要求3所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述第一推进器(2)和第三推进器(4)在机体(1)同一侧，第一推进器(2)位置不高于第三推进器(4)。

5.根据权利要求2所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述矢量推进器组包括第五推进器(6)、第六推进器(7)、第七推进器(8)、第八推进器(9)，第五推进器(6)和第六推进器(7)对称分布在机体(1)艏部，第七推进器(8)和第八推进器(9)对称分布在机体(1)尾部，位于对角线位置的推进器桨叶旋向相同，相邻位置的推进器桨叶旋向相反。

6.根据权利要求5所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述第五推进器(6)、第六推进器(7)、第七推进器(8)、第八推进器(9)与对称面夹角均为15-75°。

7.根据权利要求5所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述第五推进器(6)和第七推进器(8)在机体(1)同一侧，第五推进器(6)和第七推进器(8)的朝向相反。

8.根据权利要求7所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述第五推进器(6)倾斜向下设置，第七推进器(8)倾斜向上设置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述控制装置对水下机器人的姿态运动和位置运动进行控制，控制方法如下：

10.根据权利要求8所述的一种水下机器人的运动控制装置，其特征在于：所述俯仰运动中，

技术总结本发明公开了一种水下机器人的运动控制装置及其方法，涉及水下机器人技术领域。包括包括前进推进器组，所述前进推进器组包括水平设置的四个及以上的偶数个推进器，推进器对称分布在机体两侧，单侧推进器沿机体长度方向分布。通过设置四个及以上的偶数个推进器作为前进推进器组，推进器均水平对称分布，实现机器人的快速前进后退转弯，并利用其反作用产生的力矩实现横滚运动，并协助完成其它姿态运动，大大简化了控制逻辑，也降低了机组能耗。技术研发人员：王介阳,王哲,李维伟,陶冠润,陈朝民,张澳,方秋涓受保护的技术使用者：深圳潜行创新科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17