[发明专利]基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置

说明书

本申请提供一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置，属于机器鱼控制技术领域。若仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内，则根据惯性传感器获取到的仿生机器鱼在当前时刻的俯仰角和仿生机器鱼胸鳍在上一时刻的第一偏转角度确定当前时刻的实际胸鳍攻角，根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，使得仿生机器鱼通过上浮运动或下潜运动向预设深度范围运动；仿生机器鱼在预设深度范围内运动期间，根据深度传感器获取到的仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，以实现定深巡游。本申请提供的方法可以解决现有的定深控制方法调节过程繁琐、实时性差的问题。

技术领域

本申请涉及机器鱼控制技术领域，尤其涉及基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置。

背景技术

仿生机器鱼是一种水下移动机器人，具有推进效率高、机动性强、隐蔽性能好等优点，已广泛应用于海底勘测、军事侦察、海洋生物研究、水质监测等复杂环境中的水下作业。深度控制是仿生机器鱼完成水下作业所需的基本能力之一，包括上浮控制、下潜控制和巡游控制等。现有的深度控制方法包括形状改变法、储水仓法、重心调节法等，这些方法需要仿生机器鱼调整自身结构或者通过吸水、放水的方式调节自身体积才能实现深度控制，调节的过程比较繁琐，导致方法的实时性较差。

发明内容

本申请提供一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置，可以解决现有的仿生机器鱼定深控制方法的调节过程繁琐、实时性较差的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法，该方法包括：

当仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内时，获取仿生机器鱼在当前时刻的俯仰角，以及仿生机器鱼的胸鳍在上一时刻的第一偏转角度；根据第一偏转角度和俯仰角确定仿生机器鱼在当前时刻的实际胸鳍攻角；根据第一深度与预设深度范围的相对位置关系，确定第一期望胸鳍攻角，第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的俯仰力矩大于或等于第一阈值；根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，以使仿生机器鱼向预设深度范围运动；

当仿生机器鱼从第一深度运动至预设深度范围的边界时，将第一期望胸鳍攻角和胸鳍的第三偏转角度均调节为0，之后，仿生机器鱼在预设深度范围内运动期间，根据仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，预设深度在预设深度范围内。

基于本申请提供的仿生机器鱼定深控制方法，根据第一深度与预设深度范围的相对位置关系，可以确定仿生机器鱼应当下潜还是上浮。根据当前时刻的俯仰角以及胸鳍在上一时刻的第一偏转角度确定仿生机器鱼在当前时刻的实际胸鳍攻角，利用实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角可以对第一偏转角度进行调节。通过对胸鳍偏转角度的实时调节，可以调整仿生机器鱼的俯仰角以及运动方向，进而对实际胸鳍攻角进行调节使其趋近于第一期望胸鳍攻角，使得仿生机器鱼可以产生较大的俯仰力矩，从而缩短仿生机器鱼从第一深度向预设深度范围运动的路径，减小仿生机器鱼从第一深度到预设深度范围之间的时间，进而提高定深控制方法的实时性。

可选地，根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，包括：确定实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角的胸鳍攻角误差与胸鳍攻角误差变化率；利用与相对位置关系对应的预设的第一模糊控制表对胸鳍攻角误差和胸鳍攻角误差变化率进行模糊控制处理，得到实际控制增量；根据实际控制增量对第一偏转角度进行调节，得到当前时刻胸鳍的第二偏转角度。

基于上述可选地方式，在仿生机器鱼运动的过程中，实际胸鳍攻角会受到周围水流、运动姿态等因素的影响。利用模糊控制算法在处理非线性控制和不确定性方面的优势，对实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角之间的胸鳍攻角误差与胸鳍攻角误差变化率进行处理，得到实际控制增量，以对第一偏转角度进行实时调节，可以提高仿生机器鱼定深控制的准确度。