[发明专利]水下机器人运动控制系统及水下机器人

说明书

本发明提供一种水下机器人运动控制系统及水下机器人，以解决现有技术中的水下机器人的推进器利用率不高的问题，其中，水下机器人运动控制系统中的第一推进器、第二推进器、第三推进器均配置成输出朝向水下机器人的机身的第一方向的推力，第四推进器和第五推进器均配置成输出朝向所述机身的第三方向的推力，第六推进器配置成输出朝向所述机身的第二方向的推力，其中，第一方向、第二方向和第四方向均两两相互垂直，并且第三方向与第四方向之间具有预设角度；该运动控制系统还包括运动控制装置，用于控制第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器和第六推进器各自的推力的输出。

技术领域

本发明属于水下机器人运动控制技术领域，尤其涉及一种水下机器人运动控制系统及水下机器人。

背景技术

在传统水下机器人的推进器布局设计中，由于开放式框架结构、充足的空间以及没有严格的自重限制，推进器通常采用带矢量角度布置。在矢量角度布置上，推进器相对于轴线的倾斜角度较大，一般在30°～45°间。深水水下机器人的推进器推力较大，采用矢量角度布置的方式，能够满足不同轴线方向上的推力输出要求，并符合多自由度方向上的运动控制要求。

在传统水下机器人的控制系统设计中，通常采用闭环反馈控制中经典的PID控制，其为基于反馈概念以减少不确定性的控制方法与策略。目前在工程实际中应用最为广泛的是PID控制器，PID控制器(即比例-积分-微分控制器)由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，其中，PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。在水下机器人根据控制指令完成不同的运动时，需要不同的闭环反馈控制以保证其姿态、深度、航向等状态参数的稳定和平衡，包括定深PID控制器，负责稳定保持在特定深度上的闭环控制策略；定向PID控制器，负责水下机器人保持特定航向航行的闭环控制策略；姿态稳定PID控制器则负责维持水下机器人机器姿态平稳的闭环控制。

在传统水下机器人中，为实现全自由度运动控制，多采取开放式框架搭载数量超过全自由度数目的推进器，一般在8个推进器及以上，对于结构开放空间要求较高，并且由于矢量布置的推进器倾斜角度较大(在30～45°之间)，造成在主要自由度轴线方向，比如水平和垂向上的推进器利用效率不高，实现自动平衡控制将导致较高的推进器效率损失的产生。同时，传统水下机器人中采用的定深、定向和姿态稳定PID控制器各自为独立模块，单独工作，由于存在冗余推进器，单独工作的PID控制器所控制的并不是所有的推进器，导致推进器使用效率不高，运动控制相应存在一定延迟。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种水下机器人运动控制系统及水下机器人，以解决现有技术中的水下机器人的推进器利用率不高的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种水下机器人运动控制系统，所述系统包括：第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器和第六推进器，所述第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器和第六推进器均设置于水下机器人的机身上，其中，所述第一推进器、第二推进器、第三推进器均配置成输出朝向所述机身的第一方向(Z)的推力，所述第四推进器和第五推进器均配置成输出朝向所述机身的第三方向(W)的推力，所述第六推进器配置成输出朝向所述机身的第二方向(Y)的推力，其中，第四方向(X)和所述第一方向(Z)、所述第二方向(Y)均两两相互垂直，并且所述第三方向(W)与所述第四方向(X)之间具有预设角度；所述系统还包括：运动控制装置，用于控制所述第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器和第六推进器各自的推力的输出。