【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋机器人领域，尤其是涉及一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法及系统。
技术介绍
1、海底观测网、海底油气生产系统等海底信息和能源基础设施装备内部空间狭窄复杂，常规机器人只能进行周界简单巡检，难以进入内部空间开展巡检维护。水下多关节柔性机器人运动灵活，结构可变，具有较高的空间可通过性，适用于海底设施运维巡检。这类机器人的关节角度变化将导致自身结构发生改变，其搭载的推进器位置也会发生相应变化，影响不同自由度下的运动方式，因此水下变结构体机器人的运动控制关键在于根据变化的结构体确定合适的控制参数。
2、目前常规研究更多在于固定结构体的水下机器人运动控制，缺少对于水下变结构体机器人运动控制的相关研究。变结构体系统需要建立动态数学模型，运用自适应控制方法。因此，水下变结构体机器人的精确稳定的运动控制是实现海底设施智能巡检的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的控制精度低的缺陷而提供一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法及系统。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，包括以下步骤：
4、s1：建立多关节柔性智能体的水动力仿真模型和离散化的推力自由度分量矩阵；
5、s2：获取多关节柔性智能体的传感器测量数据和关节角度，得到测量数据与期望目标之间的参数误差，计算用于修正参数误差所需的控制信号；
6、s3：根据关节角度选取
7、s4：基于多关节柔性智能体的水动力仿真模型，计算水动力影响，根据推进器推力，结合推力自由度分量矩阵，解算出补偿水动力影响所需的总推进器动力，使推进器输出总推进器动力实现控制。
8、进一步地，步骤s1具体为：
9、s11：将待控制的多关节柔性智能体的结构简化为多连杆铰接模型，并在各连杆中部和各关节处分别建立局部坐标系，并计算各个局部坐标系之间的dh参数；
10、s12：根据各局部坐标系间的dh参数，获取各个坐标系间的旋转矩阵及齐次变换矩阵，建立各坐标系间的转换关系；
11、s13：根据各坐标系间的转换关系，获取各个关节角度下对应的推力自由度分量矩阵并进行离散化处理。
12、进一步地，步骤s13中推力自由度分量矩阵的建立过程包括以下步骤：
13、s131：获取推进器位置坐标在局部坐标系下的坐标，通过齐次变换矩阵转换到中部坐标系下表示；
14、s132：获取推进器单位推力在局部坐标系下的矢量坐标，通过旋转矩阵转换到中部坐标系下表示，获取中部坐标系表示下的推进器推力在各轴方向上的分力；
15、s133：构造连杆指向力的力臂向量在中部坐标系的坐标轴上的投影矢量，得到俯仰、偏航、滚转运动的作用力矩；
16、s134：根据作用力矩得到合力和合力矩；
17、s135：根据合力和和力矩构建推力自由度分量矩阵；
18、s136：对推力自由度分量矩阵进行离散化处理。
19、进一步地，步骤s2具体为：
20、s21：输入期望目标，根据期望目标规划路径或输入指令，得到期望控制信号；
21、s22：获取机器人当前的传感器测量数据，计算得到当前的传感器测量数据中各个参数与期望控制信号的误差；
22、s23：对误差进行解算并归一化，获取运动控制信号。
23、进一步地，步骤s23中，对于各种控制信号，对应的控制误差解算方式为：
24、s231：获取误差信号，识别出误差信号中的位置误差信号、角度误差信号、速度误差信号、角速度误差信号、加速度误差信号和角加速度误差信号，并输入控制器；
25、s232：当识别到位置误差信号和角度误差信号时，通过控制器外环对于位置误差信号、角度误差信号进行积分分离环节处理、比例环节处理和微分环节处理，计算得到速度控制信号和角速度控制信号；
26、s233：根据识别到的速度误差信号和角速度误差信号或经过s232计算得到的速度控制信号和角速度控制信号，通过内环比例环节处理，计算得到加速度控制信号和角加速度控制信号；
27、s234：根据识别到的加速度误差信号和角加速度误差信号或经过s233计算得到的加速度控制信号和角加速度控制信号，归一化得到最终的运动控制信号。
28、进一步地，步骤s3中的推力解算的表达式为：
29、fo＝dof/inf
30、式中，dof为不同自由度的期望运动信号，inf为推力自由度分量矩阵。
31、进一步地，步骤s4具体为：
32、s41：对多关节柔性智能体进行水动力仿真，并获取智能体在不同速度下系统各个方向的水动力大小及力矩大小；
33、fd＝[fdx fdy fdz τdx τdy τdz]
34、其中机器人所受水动力为[fdx，fdy，fdz]，分别为中部机身坐标系o1下的三轴方向的水动力，具体表达式为：
35、
36、
37、式中，fdik为机器人机身i在其附体坐标系中所受水动力在轴k方向的分量，fik为理论部分对于机身i的k轴轴向的水动力的计算公式，vik为机身i沿附体坐标系k轴轴向的速度，fdi为机器人机身i在其附体坐标系中所受水动力的向量表示，为机器人机身i在o1坐标系中所受水动力向量；表示机器人所受的水动力在o1坐标系下的轴k方向的分量；x，y，z分别为各轴向的单位向量，具体计算步骤为：
38、首先构造水动力作用于o1坐标系下各轴的力臂
39、
40、其次计算水动力对于o1坐标系下各轴的力矩τdiz、τdiy、τdix：
41、
42、最终获得所受水动力在o1坐标系下的各轴向合力矩τd：
43、
44、式中，τdx、τdy、τdz分别表示坐标系中各轴向的力矩之和；
45、s42：获取智能体各个推进器的单位推力在各方向的分力以及分力矩，表达式为：
46、
47、式中，分别为推进器推力fi1在各轴方向上的分力，τix、τiy、τiz分别为推进器推力在各轴方向上的分力矩；
48、s43：解算得到补偿水动力影响所需的各推进器的动力，计算表达式为：
49、
50、f＝fo+fw
51、式中，f为补偿水动力影响所需的推进器推力，fd为力矩大小，fo为推进器推力，fw为补偿推力。
52、进一步地，关节角度每10°划分为一个关节角度区间，每个关节角度区间对应一个推力自由度分量矩阵。
53、进一步地，推力自由度分量矩阵对应一个关节角度区间下各个推进器对于各个自由度的影响因子，矩阵中每行对应一个推进器对于各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤S1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤S13中推力自由度分量矩阵的建立过程包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤S2具体为：
5.根据权利要求4所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤S23中，对于各种控制信号，对应的控制误差解算方式为：
6.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤S3中的推力解算的表达式为：
7.根据权利要求6所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤S4具体为：
8.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，所述关节角度每10°划分为一个关节角度区间，每个关节角度区间对应一个推力自由度分量矩阵。
10.一种基于如权利要求1-9任一所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法的控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤s13中推力自由度分量矩阵的建立过程包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤s2具体为：
5.根据权利要求4所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤s23中，对于各种控制信号，对应的控制误差解算方式为：
6.根据权利要求1所述的一种海底设施多关节柔性智能体的控制方法，其特征在于，步骤s3中的推力解算的...
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