[发明专利]水下机器人多自由度矢量推进布局方法

摘要

本发明公开了一种水下机器人多自由度矢量推进布局方法，用于解决现有水下机器人矢量推进方法方向控制单一的技术问题。技术方案是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。

主权项

一种水下机器人多自由度矢量推进布局方法，其特征在于包括以下步骤：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：$\left\{\begin{array}{c}|X_c-X_g|\≤20\mathrm{mm}\\ |Y_c-Y_g|\≤10\mathrm{mm}\end{array}\right.$水下机器人重浮心位置与其长、宽、高之间的关系满足：$\left\{\begin{array}{c}\left|X_c\right|\<10\%L,\left|X_g\right|\<10\%L\\ \left|Y_c\right|\<2\%W,\left|Y_g\right|\<2\%W\end{array}\right.$步骤二、水下机器人推进器为四个水平推进器和两个垂直推进器；四个水平推进器轴线在同一平面内，且与XOY平面平行，左前水平推进器(1)、右前水平推进器(4)、左后水平推进器(6)和右后水平推进器(9)四个推进器轴线与ZOX平面的夹角γ_FL、γ_FR、γ_AL和γ_AR均为30°，与左前水平推进器(1)、右前水平推进器(4)、左后水平推进器(6)和右后水平推进器(9)四个推进器安装固定点P_FL、P_FR、P_AL和P_AR在随体坐标系内的坐标分别为(X_FL,Y_FL,Z_FL)、(X_FR,Y_FR,Z_FR)、(X_AL,Y_AL,Z_AL)和(X_AR,Y_AR,Z_AR)，水平推进器固定点坐标满足如下条件：$\left\{\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{FL}}=X_{\mathrm{FR}}=\left|X_{\mathrm{AL}}\right|=\left|X_{\mathrm{AR}}\right|\≥L\%25\\ Y_{\mathrm{FL}}=Y_{\mathrm{AL}}=\left|Y_{\mathrm{FR}}\right|=\left|Y_{\mathrm{AR}}\right|\≥W\%25\\ \left|Z_{\mathrm{FL}}\right|=\left|Z_{\mathrm{FR}}\right|=\left|Z_{\mathrm{AL}}\right|=\left|Z_{\mathrm{AR}}\right|\≤H\%5\end{array}\right.$两垂直推进器(5)轴线在同一平面内，且与YOZ平面平行，垂直左CL和垂直右CR两个推进器与ZOX平面的夹角γ_CL、γ_CR均为0°，两个推进器安装固定点P_CL和P_CR在随体坐标系内的坐标为(X_CL,Y_CL,Z_CL)和(X_CR,Y_CR,Z_CR)，垂直推进器固定点坐标满足如下条件：$\left\{\begin{array}{c}\left|X_{\mathrm{CL}}\right|=\left|X_{\mathrm{CR}}\right|\≤L\%2\\ Y_{\mathrm{CL}}=\left|Y_{\mathrm{CR}}\right|\≥W\%25\\ Z_{\mathrm{CL}}=Z_{\mathrm{CR}}\≥H\%20\end{array}\right.$步骤三、将左前水平推进器(1)与右前水平推进器(4)与推进矢量前控制轴(3)相联接，采用动密封方式插入前矢量推进伺服机构(2)；将左后水平推进器(6)与右后水平推进器(9)与推进矢量后控制轴(8)相联接，采用动密封方式插入后矢量推进伺服机构(7)；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，水下机器人根据控制指令，通过矢量推进伺服机构的控制联动实现推力矢量的旋转输出。