[发明专利]一种水下机器人的推力分配器及推力分配方法

权利要求书

1.一种水下机器人的推力分配方法，其特征在于，所述方法包括：

确定所述水下机器人的垂向期望力τ_dz、水平纵向期望力τ_ldx和水平横向期望力τ_ldy和转艏力矩τ_ldn，其中水平纵向是沿着水下机器人艏部向前的方向，水平横向是水平面上垂直于水平纵向朝向所述水下机器人右侧的方向，垂向是垂直于水平面的方向，所述水下机器人搭载有若干个水平推进器和垂直推进器；

对所述水平纵向期望力τ_ldx在各个水平推进器上进行单自由度推力分配得到各个水平推进器的第一初始推力T_ldx，对所述水平横向期望力τ_ldy在各个水平推进器上进行单自由度推力分配得到各个水平推进器的第二初始推力T_ldy，对所述转艏力矩τ_ldn在各个水平推进器上进行单自由度力矩分配得到各个水平推进器的第三初始推力T_ldn；

构建每个水平推进器的水平推力合成公式为T_ld＝k₁×T_ldn+k₂×T_ldx+k₃×T_ldy，其中，k₁、k₂、k₃均为[0,1]范围内的待求系数，并根据所述水下机器人当前作业任务对各个自由度的运动需求确定目标函数，所述目标函数指示各个待求系数取得更大取值的期望优先级，水平纵向移动的运动需求越大、k₂的期望优先级越大，水平横向移动的运动需求越大、k₃的期望优先级越大，艏部转动的运动需求越大、k₁的期望优先级越大；

基于所述目标函数在推进器的推力范围所确定的约束条件下求解各个水平推进器的水平推力合成公式，得到待求系数k₁、k₂、k₃的取值，包括：将期望优先级最大的待求系数取为1，在各个水平推进器的水平推力合成公式满足所述约束条件的基础上，取期望优先级次大的待求系数的最大值；在期望优先级最大和次大的两个待求系数取值确定，且在各个水平推进器的水平推力合成公式满足所述约束条件的基础上，取期望优先级最小的待求系数的最大值；并代入每个水平推进器的水平推力合成公式得到每个水平推进器的指令推力值；

对所述垂向期望力τ_dz在各个垂直推进器上进行推力分配得到各个垂直推进器的指令推力值，按照各个垂直推进器的指令推力值和各个水平推进器的指令推力值控制各个推进器；

其中，得到第一初始推力T_ldx、第二初始推力T_ldy和第三初始推力T_ldn的方法包括：

其中，基于水平面推力合成矩阵B的伪逆矩阵B⁺得到，当伪逆矩阵时，

2.根据权利要求1所述的推力分配方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收垂向推力理论值、水平纵向推力理论值τ_dx、水平横向推力理论值τ_dy和转艏力矩理论值τ_dn，并将所述垂向推力理论值直接作为所述垂向期望力τ_dz；

利用水平面推力合成矩阵B对水平纵向推力理论值τ_dx、水平横向推力理论值τ_dy和转艏力矩理论值τ_dn进行推力分配，得到各个水平推进器的理论推力，所述水平面推力合成矩阵B由所述水下机器人搭载的各个水平推进器的装配位置所确定；

当存在至少一个水平推进器的理论推力超出推进器的推力范围时，根据推进器的推力范围对水平纵向推力理论值τ_dx、水平横向推力理论值τ_dy和转艏力矩理论值τ_dn进行限幅处理，分别得到所述水平纵向期望力τ_ldx、水平横向期望力τ_ldy和转艏力矩τ_ldn。