水下機(jī)器人多自由度矢量推進(jìn)布局方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下機(jī)器人多自由度矢量推進(jìn)布局方法，用于解決現(xiàn)有水下機(jī)器人矢量推進(jìn)方法方向控制單一的技術(shù)問題。技術(shù)方案是利用現(xiàn)有單自由度推進(jìn)器進(jìn)行多自由度矢量推進(jìn)布局，使水下機(jī)器人前后兩對(duì)水平推進(jìn)器分別通過一支推進(jìn)矢量控制軸聯(lián)接成為一體，通過矢量推進(jìn)伺服機(jī)構(gòu)的控制可以聯(lián)動(dòng)完成推力矢量的旋轉(zhuǎn)輸出，實(shí)現(xiàn)各推進(jìn)器推力在特定自由度方向上的優(yōu)化組合，且易于工程實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】水下機(jī)器人多自由度矢量推進(jìn)布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人矢量推進(jìn)方法，特別是涉及一種水下機(jī)器人多自由度 矢量推進(jìn)布局方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 文獻(xiàn)"水下機(jī)器人/蔣新松等編著一一沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2000. 11， P279-286"公開了幾種常見的水下機(jī)器人推進(jìn)器布局方法。文獻(xiàn)中指出，實(shí)現(xiàn)N個(gè)自由度的 運(yùn)動(dòng)最少需要N個(gè)推進(jìn)器，這種目前通行的開架式水下機(jī)器人推進(jìn)器布局思路，均以水下 機(jī)器人水平面運(yùn)動(dòng)和垂直平面運(yùn)動(dòng)的完全解耦為根本前提。各推進(jìn)器布置于水下機(jī)器人各 自由度方向上，推力方向完全固定，各自為水下機(jī)器人不同自由度的運(yùn)動(dòng)輸出推力。
[0003] 然而，由于水下機(jī)器人在執(zhí)行觀測、作業(yè)任務(wù)時(shí)，對(duì)各個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)能力的需求并 不是恒定不變的，且由于系纜的存在，水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中系纜擾動(dòng)也是不斷變化的。各 推進(jìn)器推力方向固定，無論如何布置，水下機(jī)器人在特定自由度上的運(yùn)動(dòng)能力也是固定的， 無法使各推進(jìn)器的推力在特定自由度方向上優(yōu)化組合，以提高推進(jìn)和補(bǔ)償系纜擾動(dòng)的效 率。
[0004] 解決以上問題，可以從推進(jìn)器設(shè)計(jì)入手，研制具備三自由度推力旋轉(zhuǎn)能力的水下 推進(jìn)器?？梢韵胍?，這種推進(jìn)器的設(shè)計(jì)和研制都是極端復(fù)雜的，涉及到多自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 伺服控制和水下動(dòng)密封等問題，目前尚無此類推進(jìn)器產(chǎn)品在市場上出現(xiàn)。因此，必須設(shè)計(jì)一 種利用現(xiàn)有單自由度推進(jìn)器，解決系纜開架式水下機(jī)器人高效能運(yùn)動(dòng)控制和系纜擾動(dòng)自主 補(bǔ)償問題的推進(jìn)器布局方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有水下機(jī)器人矢量推進(jìn)方法方向控制單一的不足，本發(fā)明提供一種水 下機(jī)器人多自由度矢量推進(jìn)布局方法。該方法利用現(xiàn)有單自由度推進(jìn)器進(jìn)行多自由度矢 量推進(jìn)布局，使水下機(jī)器人前后兩對(duì)水平推進(jìn)器分別通過一支推進(jìn)矢量控制軸聯(lián)接成為一 體，通過矢量推進(jìn)伺服機(jī)構(gòu)的控制可以聯(lián)動(dòng)完成推力矢量的旋轉(zhuǎn)輸出，實(shí)現(xiàn)各推進(jìn)器推力 在特定自由度方向上的優(yōu)化組合，且易于工程實(shí)現(xiàn)。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種水下機(jī)器人多自由度矢量推進(jìn) 布局方法，其特點(diǎn)是采用以下步驟：
[0007] 步驟一、選擇水下機(jī)器人外輪廓的六個(gè)面形成長方體，以此長方體的幾何中心作 為隨體坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)0, OX軸在長方體縱對(duì)稱面內(nèi)，垂直于機(jī)器人前端面，指向前進(jìn)方 向；OZ軸同在長方體縱對(duì)稱面內(nèi)，與OX軸垂直指向上方；OY軸垂直于ZOX平面，與OX軸和 OZ軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。設(shè)長、寬、高分別為L、W和H的水下機(jī)器人重心和浮心在隨體 坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)分別為（xg，Y g，Zg)和（X。，Y。，Z。)，則滿足：
[0008] 穩(wěn)心高 h = Zc-Zg>70mm。
[0009] 為了保持水下機(jī)器人的靜平衡，有：
【權(quán)利要求】
1. 一種水下機(jī)器人多自由度矢量推進(jìn)布局方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟一、選擇水下機(jī)器人外輪廓的六個(gè)面形成長方體，以此長方體的幾何中心作為隨 體坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)0,ox軸在長方體縱對(duì)稱面內(nèi)，垂直于機(jī)器人前端面，指向前進(jìn)方向； 0Z軸同在長方體縱對(duì)稱面內(nèi)，與0X軸垂直指向上方；0Y軸垂直于Z0X平面，與0X軸和0Z 軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系；設(shè)長、寬、高分別為L、w和H的水下機(jī)器人重心和浮心在隨體坐標(biāo) 系內(nèi)的坐標(biāo)分別為（Xg，Yg，Zg)和（X。，Y。，Z。)，則滿足： 穩(wěn)心高h(yuǎn)=Ze-Zg>70mm; 為了保持水下機(jī)器人的靜平衡，有：
水下機(jī)器人重浮心位置與其長、寬、高之間的關(guān)系滿足：
步驟二、水下機(jī)器人推進(jìn)器為四個(gè)水平推進(jìn)器和兩個(gè)垂直推進(jìn)器；四個(gè)水平推進(jìn)器軸 線在同一平面內(nèi)，且與X0Y平面平行，左前水平推進(jìn)器（1)、右前水平推進(jìn)器（4)、左后水 平推進(jìn)器（6)和右后水平推進(jìn)器（9)四個(gè)推進(jìn)器軸線與Z0X平面的夾角ypL、yfk、和 均為30°，與左前水平推進(jìn)器（1)、右前水平推進(jìn)器（4)、左后水平推進(jìn)器（6)和右后 水平推進(jìn)器（9)四個(gè)推進(jìn)器安裝固定點(diǎn)P%、Pfk、Pm和PAK在隨體坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)分別為 (XFL，YFL，ZFL)、（XFK，YFK，ZFK)、（XAL，YAL，ZAL)和（XAK^ 條件：
兩垂直推進(jìn)器（5)軸線在同一平面內(nèi)，且與YOZ平面平行，垂直左CL和垂直右CR兩個(gè) 推進(jìn)器與Z0X平面的夾角ya、YeK均為0°，兩個(gè)推進(jìn)器安裝固定點(diǎn)PejPPa在隨體坐標(biāo) 系內(nèi)的坐標(biāo)為（Xa，Ya，Za)和（Xra，Yra，Zra)，垂直推進(jìn)器固定點(diǎn)坐標(biāo)滿足如下條件：
步驟三、將左前水平推進(jìn)器（1)與右前水平推進(jìn)器（4)與推進(jìn)矢量前控制軸（3)相聯(lián) 接，采用動(dòng)密封方式插入前矢量推進(jìn)伺服機(jī)構(gòu)（2);將左后水平推進(jìn)器（6)與右后水平推 進(jìn)器（9)與推進(jìn)矢量后控制軸（8)相聯(lián)接，采用動(dòng)密封方式插入后矢量推進(jìn)伺服機(jī)構(gòu)（7); 前后兩對(duì)水平推進(jìn)器分別通過一支推進(jìn)矢量控制軸聯(lián)接成為一體，水下機(jī)器人根據(jù)控制指 令，通過矢量推進(jìn)伺服機(jī)構(gòu)的控制聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)推力矢量的旋轉(zhuǎn)輸出。
【文檔編號(hào)】B63H5/00GK104477359SQ201410582511
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】范輝, 趙雄輝, 孫鐵繩 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇五研究所