[发明专利]一种基于3-RPS并联机构的UUV矢量推进控制方法

说明书

本发明公开了一种基于3‑RPS并联机构的UUV矢量推进控制方法。本发明将2个3‑RPS并联机构组合到一起，形成一个全新的机构，然后分析了该装置对螺旋桨方向的控制方式，避免了多解的情况的发生。最后将其装到UUV上，使UUV具有更好的推进控制效果，并能在复杂的海况下保持其稳定性。

技术领域

本发明属于UUV推进控制领域，具体来说是基于3-RPS并联机构来对传统UUV推进控制策略进行改进，从而在保证UUV正常推进的同时，增加其灵巧性与稳定性，提高UUV运行效率。

背景技术

海洋自古以来都是人类探索未知与发掘资源的宝库。近年来，随着世界各国对海洋发展的日渐重视，以及海洋技术的飞速发展，水下无人机器人逐渐成为探索海洋的重要工具之一。由于水下无人机器人具有机动性好，可操作性强，无人生安全风险等优点，因此不管在民用领域还是军事领域，UUV都起着重要的作用。然而，UUV的发展种类众多，方向也各不相同，因此在UUV的推进控制方面，仍有着巨大的发展空间。

传统UUV靠舵叶来调整螺旋桨，在灵巧性上尚有欠缺，此外由于海洋中的环境较为复杂，外干扰因素众多，导致UUV的稳定性成为了UUV设计中的一个关键。现有的UUV在航行时难以保证良好的稳定性，而3-RPS并联机构具有可控性好、精度高、承载能力强等特点，可以使UUV在面对复杂海况时仍然能够灵活稳定地调整方向。

发明内容

本发明针对现有UUV在航行时无法保证良好的稳定性，改变了传统的靠舵叶调整螺旋桨的推进策略，提出了一种3-RPS+3-RPSUUV矢量推进装置及控制策略，用以提高UUV在海中作业时的推进控制性能。

本发明将2个3-RPS并联机构串联在一起，使得UUV调整螺旋桨方向的角度变得更为灵活，在提高UUV灵巧性的同时提高UUV的稳定性。

为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：

将两个3-RPS并联机构合并起来。具体是将前一个3-RPS并联机构的动平面作为后一个3-RPS并联机构的定平面，其中后一个3-RPS并联机构的三条运动支链起于定平面的三条边的中点。再将前一个3-RPS并联机构的定平面装于装于UUV的尾部，后一个3-RPS并联机构的动平面连接螺旋桨。通过以下控制策略来调整螺旋桨，从而推动UUV。

所述的控制策略具体是：

设前一个3-RPS并联机构的定平面为xoy面，且A₁B₁、A₂B₂、A₃B₃为前一个3-RPS并联机构的运动支链，C₁D₁、C₂D₂、C₃D₃为后一个3-RPS并联机构的运动支链，其中C₁位于边B₁B₃的中点，C₂位于边B₁B₂的中点，C₃位于边B₂B₃的中点，将xoy面以60°为界限分成6个部分，运动支链A₁B₁、A₂B₂、A₃B₃分别位于210°、330°和90°，并设z轴垂直于xoy面；

当螺旋桨在0°～60°和180°～240°内转动时，只需调节A₂B₂,A₃B₃,C₁D₁,C₂D₂这四条运动支链，而不必调节A₁B₁与C₃D₃。其他角度同理。