[发明专利]一种水下机器人姿态控制方法、设备及存储设备

权利要求书

1.一种水下机器人姿态控制方法，所述方法由硬件设备实现，其特征在于：包括以下步骤：建立水下机器人的坐标系；以所述坐标系建立水下机器人电机布局方式；建立水下机器人的控制系统模型；设定所述控制系统模型中的传递函数及电机模型；进行坐标变换，建立世界坐标系和水下机器人坐标系的联系；完成水下机器人的姿态控制；所述电机模型具体为：直流电机占空比-输出拉力模型及直流电机占空比-输出推力模型；所述电机模型采用回归拟合方式得到，基本公式为：

其中，A,B及C为拟合参数。

2.如权利要求1所述的一种水下机器人姿态控制方法，其特征在于：所述水下机器人坐标系包括：移动坐标系，具体为：为x轴、y轴和z轴；旋转坐标系，具体为：l轴、m轴和n轴。

3.如权利要求2所述的一种水下机器人姿态控制方法，其特征在于：以所述坐标系建立水下机器人电机布局方式具体为：所述电机具体数量为8台电机，记为：M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7及M8；所述8台电机的功能具体为：M1及M4用于控制l轴的稳定，M2及M3用于控制m轴的稳定，M5及M6用于控制n轴的稳定，M7及M8用于控制x轴的稳定，M5及M6用于控制y轴的稳定，M1、M2、M3及M4用于控制z轴的稳定；上述电机布局不存在耦合关系，故所述x轴、y轴、z轴、l轴、m轴及n轴的稳定性为分开控制。

4.如权利要求1所述的一种水下机器人姿态控制方法，其特征在于：所述水下机器人的控制系统模型包括：控制器、电机、水下机器人本体、运动干扰及测量误差。

5.如权利要求4所述的一种水下机器人姿态控制方法，其特征在于：所述传递函数包括：水下机器人姿态控制传递函数及控制器传递函数；所述水下机器人姿态控制传递函数为：

其中，θ为水下机器人的姿态角，T为水下机器人受到的外力矩，I为水下机器人对于某一旋转轴的转动惯量，k为水下机器人在水中执行转动运动的阻尼系数；所述控制器传递函数为：

时域输出表达式为：

其中，K_p为比例系数，K_I为积分系数，K_D为微分系数。

6.如权利要求1所述的一种水下机器人姿态控制方法，其特征在于：所述直流电机占空比-输出拉力模型经过拟合具体为：

所述直流电机占空比-输出推力模型具体为：

7.如权利要求1所述的一种水下机器人姿态控制方法，其特征在于：所述进行坐标变换，建立世界坐标系和水下机器人坐标系的联系具体为：

其中，xp及yp为机器人坐标系，x及y为世界坐标系，(a，b)为机器人坐标系原点在世界坐标系中的坐标，θ为旋转角。

8.存储设备，其特征包括：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～7所述的任意一种方法。

9.一种水下机器人姿态控制设备，其特征在于：包括：处理器及存储设备；所述处理器加载并执行权利要求8中所述存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～7所述的任意一种方法。