[发明专利]一种基于多推进器的水下航行器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种基于多推进器的水下航行器控制方法。

背景技术

随着科技的发展，人类已经进入了开发、利用海洋资源的时代。而水下航行器是开发利用海洋资源的重点装备。水下航行器不仅在开发利用海洋方面起着重大作用，同时也是水下探测、打捞、救护的重要工具。要保证下航行器能有效地完成上述工作，就要能很好的控制航行器的动作和控位精度。由于水下航行器工作环境的复杂，加上本身形状的不规则性，往往很难建立良好的数学模型，难以设计出适应性良好的控制方法。

若想控制水下航行器从A点位置到B点位置，由于海里的水动力环境复杂，故从A点到达B点的路径为非直线运动，在行驶过程中，需要进行多种前进、后退和转弯等的组合动作。然而，目前大多水下航行器的推进器配置方式大多采用左右对称方式排布，仅能实现前进、后退和转弯功能。其可供选择的运动轨迹较少，进而增加了控制难度。此外，由于水下航行器的转弯半径较大，当水下航行器接近B点位置时，很难实现精确的到达该位置点B，即精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于多推进器的水下航行器控制方法，能够灵活的控制水下航行器的运动，实现水下航行器的前进后退、左右平移、原地旋转或任意半径的转弯。进而提高了灵活性和机动性能，而且，任意半径的转弯，提高了精度。

一种基于多推进器的水下航行器控制方法：所述水下航行器包括七个推进器，其中四个推进器安装在水下航行器的水平安装面上，另外三个推进器与所述水平安装面呈一定角度安装固定；

所述安装在水平安装面上的四个推进器的排布方式为：

以水平安装面的中心位置为原点o，建立平面直角坐标系，定义水下航行器艏艉方向作为y轴，水平安装面内与y轴垂直的方向作为x轴，形成xoy平面；x轴和y轴将所述水平安装面划分为四个象限，形成四个安装区；定义推进器螺旋桨所在端为尾部，其对立端为头部；第一推进器、第二推进器、第三推进器和第四推进器对应地固定在第二、一、四和三象限上，且第三推进器的头部朝向x轴，尾部朝向y轴摆放；第四推进器的头部朝向y轴，尾部朝向x轴摆放；第二推进器与第三推进器呈x轴对称；第一推进器与第四推进器呈x轴对称；z轴方向与x轴和y轴方向均垂直，形成三维直角坐标系；在xoz平面内固定两个推进器，两个推进器呈z轴对称，且两个推进器的头部朝向原点o安装；另一个推进器与水平安装面垂直、且头部朝向xoy平面安装在水下航行器的艉部。

所述水平安装面上的四个推进器用于控制水下航行器的前进、后退、左移、右移、原地旋转和任意半径的转弯：

根据水平安装面上的四个推进器的头尾安装方向以及水下航行器的移动方向，进行力学分析，确定每个推进器所对应电机的转动方向，之后，根据电机的转动方向和水下航行器的移动方向，设定电机的转速，进而实现四个电机转动后的合力方向与水下航行器的移动方向一致；

与所述的水平安装面呈一定角度的三个推进器用于控制水下航行器垂直上浮或下潜；

当控制水下航行器垂直上浮时：安装在xoz平面内的两个推进器的电机等速正转；另一个推进器的电机根据水下航行器的纵倾姿态角，自动调节电机的转速和转向；

当控制水下航行器垂直下潜时：安装在xoz平面内的两个推进器的电机等速反转；另一个推进器的电机根据水下航行器的纵倾姿态角，自动调节电机的转速和转向。

较佳地，水平安装面上的四个推进器控制前进、后退、左移、右移、原地旋转和任意半径的转弯的具体方法为：

第一推进器、第二推进器、第三推进器和第四推进器对应的电机分别为第一电机、第二电机、第三电机和第四电机；

前进：第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均保持正转，同时第一电机和第二电机转速相等，第三电机和第四电机转速相等；

后退：第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均保持反转，同时第一电机和第二电机转速相等，第三电机和第四电机转速相等；

左移：第一电机和第三电机反转，第二电机和第四电机正转，同时第一电机和第四电机转速相等，第二电机和第三电机转速相等；

右移：第一电机和第三电机正转，第二电机和第四电机反转，同时第一电机和第四电机转速相等，第二电机和第三电机转速相等；

原地左旋转：第一电机和第四电机反转，第二电机和第三电机正转，第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的转速相同；

原地右旋转：第一电机和第四电机正转，第二电机和第三电机反转，第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的转速相同；