[发明专利]水下机器人多自由度矢量推进布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人矢量推进方法，特别是涉及一种水下机器人多自由度矢量推进布局方法。

背景技术

文献“水下机器人/蒋新松等编著——沈阳：辽宁科学技术出版社，2000.11，P279-286”公开了几种常见的水下机器人推进器布局方法。文献中指出，实现N个自由度的运动最少需要N个推进器，这种目前通行的开架式水下机器人推进器布局思路，均以水下机器人水平面运动和垂直平面运动的完全解耦为根本前提。各推进器布置于水下机器人各自由度方向上，推力方向完全固定，各自为水下机器人不同自由度的运动输出推力。

然而，由于水下机器人在执行观测、作业任务时，对各个自由度运动能力的需求并不是恒定不变的，且由于系缆的存在，水下机器人运动过程中系缆扰动也是不断变化的。各推进器推力方向固定，无论如何布置，水下机器人在特定自由度上的运动能力也是固定的，无法使各推进器的推力在特定自由度方向上优化组合，以提高推进和补偿系缆扰动的效率。

解决以上问题，可以从推进器设计入手，研制具备三自由度推力旋转能力的水下推进器。可以想见，这种推进器的设计和研制都是极端复杂的，涉及到多自由度结构设计、伺服控制和水下动密封等问题，目前尚无此类推进器产品在市场上出现。因此，必须设计一种利用现有单自由度推进器，解决系缆开架式水下机器人高效能运动控制和系缆扰动自主补偿问题的推进器布局方法。

发明内容

为了克服现有水下机器人矢量推进方法方向控制单一的不足，本发明提供一种水下机器人多自由度矢量推进布局方法。该方法利用现有单自由度推进器进行多自由度矢量推进布局，使水下机器人前后两对水平推进器分别通过一支推进矢量控制轴联接成为一体，通过矢量推进伺服机构的控制可以联动完成推力矢量的旋转输出，实现各推进器推力在特定自由度方向上的优化组合，且易于工程实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下机器人多自由度矢量推进布局方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、选择水下机器人外轮廓的六个面形成长方体，以此长方体的几何中心作为随体坐标系的坐标原点O，OX轴在长方体纵对称面内，垂直于机器人前端面，指向前进方向；OZ轴同在长方体纵对称面内，与OX轴垂直指向上方；OY轴垂直于ZOX平面，与OX轴和OZ轴构成右手直角坐标系。设长、宽、高分别为L、W和H的水下机器人重心和浮心在随体坐标系内的坐标分别为(X_g,Y_g,Z_g)和(X_c,Y_c,Z_c)，则满足：

稳心高h＝Z_c-Z_g>70mm。

为了保持水下机器人的静平衡，有：

|Xc-Xg|≤20mm|Yc-Yg|≤10mm]]>

水下机器人重浮心位置与其长、宽、高之间的关系满足：