一种基于多推进器的水下航行器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多推进器的水下航行器控制方法。本发明专利技术采用七个推进器，分别以相互对称的方式排布在水下航行器上，通过改变每个推进器的电机的转速和方向，以实现力的相互叠加或抵消，进而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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人控制
，具体涉及一种基于多推进器的水下航行器控制方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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；推进器1、推进器2、推进器3和推进器4对应地固定在第二、一、四和三象限上，且推进器3的头部朝向x轴，尾部朝向y轴摆放；推进器4的头部朝向y轴，尾部朝向x轴摆放；推进器2与推进器3呈x轴对称；推进器1与推进器4呈x轴对称；向和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的、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：推进器1、推进器2、推进器3和推进器4对应的电机分别为电机1、电机2、电机3和电机4；前进：电机1、电机2、电机3和电机4均保持正转，同时电机1和电机2转速相等，电机3和电机4转速相等；后退：电机1、电机2、电机3和电机4均保持反转，同时电机1和电机2转速相等，电机3和电机4转速相等；左移：电机1和电机3反转，电机2和电机4正转，同时电机1和电机4转速相等，电机2和电机3转速相等；右移：电机1和电机3正转，电机2和电机4反转，同时电机1和电机4转速相等，电机2和电机3转速相等；原地左旋转：电机1和电机4反转，电机2和电机3正转，电机1、电机2、电机3和电机4的转速相同；原地右旋转：电机1和电机4正转，电机2和电机3反转，电机1、电机2、电机3和电机4的转速相同；左转弯：电机1和电机4反转，电机2和电机3正转，电机1、电机2、电机3和电机4的转速相同；并调整转速；右转弯：电机1和电机4正转，电机2和电机3反转，电机1、电机2、电机3和电机4的转速相同；并调整转速。有益效果：本专利技术采用七个推进器，分别以相互对称的方式排布在水下航行器上，通过改变每个推进器的电机的转速和方向，以实现力的相互叠加或抵消，进而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，同时由于潜航器在设计加工中难以保证其水中的阻力对称平衡，这样潜航器在航行过程中难以直线航行，如果推进器采用对称布置控制方式，各个方向的不平衡性难以同时解决，采用本方案的控制方式可以较好的克服上述问题。附图说明图1(a)为本专利技术结构示意图；图1(b)为本专利技术结构初始情况下的受力分析示意图；图2(a)为前进时手柄操作与电机动作的关系图；图2(b)为前进时电机受力分析示意图；图3(a)为后退时手柄操作与电机动作的关系图；图3(b)为后退时电机受力分析示意图；图4(a)为左移时手柄操作与电机动作的关系图；图4(b)为左移时电机受力分析示意图；图5(a)为右移时手柄操作与电机动作的关系图；图5(b)为右移时电机受力分析示意图；图6(a)为左旋转时手柄操作与电机动作的关系图；图6(b)为左旋转时电机受力分析示意图；图7(a)为右旋转时手柄操作与电机动作的关系图；图7(b)为右旋转时电机受力分析示意图；图8(a)为上浮时手柄操作与电机动作的关系图；图8(b)为上浮时电机受力分析示意图；图9(a)为下潜时手柄操作与电机动作的关系图；图9(b)为下潜时电机受力分析示意图；具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种基于多推进器的水下航行器控制方法；本专利技术共采用七个推进器，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的水平安装面呈一定角度安装固定。其中，选取水下航行器的下表面作水平安装面。其中，安装在水平安装面上的推进器的排布为：如图1(a)所示的方式，固定推本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多推进器的水下航行器控制方法：其特征在于，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；推进器1、推进器2、推进器3和推进器4对应地固定在第二、一、四和三象限上，且推进器3的头部朝向x轴，尾部朝向y轴摆放；推进器4的头部朝向y轴，尾部朝向x轴摆放；推进器2与推进器3呈x轴对称；推进器1与推进器4呈x轴对称；向和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的、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。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多推进器的水下航行器控制方法：其特征在于，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；推进器1、推进器2、推进器3和推进器4对
应地固定在第二、一、四和三象限上，且推进器3的头部朝向x轴，尾部朝向y
轴摆放；推进器4的头部朝向y轴，尾部朝向x轴摆放；推进器2与推进器3
呈x轴对称；推进器1与推进器4呈x轴对称；向和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的、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：...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡测，王光越，齐彦生，张皓，周迪锋，赖健云，陶元中，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42