[发明专利]一种水下机器人重心辅助调节系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种水下机器人重心辅助调节系统及控制方法，姿态检测系统用于检测水下机器人本体姿态；水下机器人运动信息输入模块用于检测水下机器人本体的运动控制信息和搭载水下机器人本体上的水下机械臂的运动控制信息；调节运动控制器根据水下机器人纵倾姿态信息和水下机器人运动控制信息和水下机械臂运动控制信息推导出水下机械臂重心变化趋势和大小，控制丝杠滑块机构并调整水下机器人的重心；丝杠滑块机构是重心辅助调节系统的执行机构。本发明将电池舱作为调节单元，解决海流外干扰、水下机械臂重心变化对机器人本体影响，能够补偿重心变化对水下机器人本体的干扰，有效解决静态条件下抵抗海流干扰问题。

技术领域

本发明涉及一种水下机器人重心辅助调节系统，也涉及一种纵倾姿态的控制方法。

背景技术

随着海洋开发的迅猛发展，无人自主式水下机器人越来越多的被应用到海洋开发和探测过程中，成为国内外研究机构的研究热点。为了节约系统能力，航时更长、航行更远，无人自主式水下机器人一般设计成欠驱动形式，即单推进器加尾部十字舵的形式。由于局部自由度的缺失，使得水下机器人在受到水下海流干扰、自身携带的水下机械臂运动产生的扰动时，为了维持自身的运动稳定性，需要航行一段路程，通过运动抵消外干扰对水下机器人本体产生的影响，这无疑破坏原有的运动状态和预定的轨迹规划。

针对此问题，国内外开展许多有益的研究工作。武建国发明了一种水下机器人浮力调节装置，利用内外皮囊实现浮力调整，进而调整水下机器人姿态，但这种方式改变水下机器人的重力和浮力的对比关系，必然要牺牲水下机器人在升沉方向的位置才能实现自身稳定问题。谢少荣发明了一种水下机器人姿态主动调节系统，该系统包含一个滑动平台和一个转动平台，通过附加负载的变化改变水下机器人重心位置进而补偿外干扰影响，具有很重要的借鉴意义。但该发明额外增加了水下机器人的负担，没有有效利用水下机器人自身设备，由于水下机器人结构紧凑，因而造成了水下机器人空间上的浪费。唐智杰等人也发明了一种水下机器人姿态内控制系统。它包括：一个主控制器连接调节机构、一个姿态传感器和一个上位机控制器，所述调节机构是一个安装在水下机器人内部的平衡调节机构，该机构包括重心滑块、双轴驱动电机、蜗杆、导轨、滑杆、限位开关和机构平台。该发明与谢少荣发明的水下机器人姿态主动调节系统类似，牺牲了水下机器人本体内部有效空间，且没有针对具体外干扰情况提出有效的解决方案和控制方法。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种节约水下机器人本体内部有效空间且考虑具体外干扰情况的单自由度的调节水下机器人前进方向的重心位置的水下机器人重心辅助调节系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明一种水下机器人重心辅助调节系统，包括：姿态检测系统、调节运动控制器、丝杠滑块机构、电池舱、水下机器人运动信息输入模块；姿态检测系统用于检测水下机器人本体姿态；水下机器人运动信息输入模块用于检测水下机器人本体的运动控制信息和搭载水下机器人本体上的水下机械臂的运动控制信息；调节运动控制器根据姿态检测系统检测的水下机器人纵倾姿态信息和水下机器人运动信息输入模块检测的水下机器人运动控制信息和水下机械臂运动控制信息推导出水下机械臂重心变化趋势和大小，进而控制丝杠滑块机构并调整水下机器人的重心，完成目标姿态的控制；丝杠滑块机构是重心辅助调节系统的执行机构，丝杠滑块机构根据调节运动控制器的指令带动电池舱前后移动、调节水下机器人重心。

本发明一种水下机器人重心辅助调节系统，还包括：

1.丝杠滑块机构包括水密电机、联轴器、丝杠、滑块和框架，水密电机输出端通过联轴器与设置在框架内的丝杠连接，电池舱的中部的前后两个位置各固定一个滑块，丝杠与两个滑块相连，水密电机接收调节运动控制器发出的指令带动丝杠旋转，丝杆带动滑块前后移动。

2.框架包括四个导杆和两个平板，电池舱穿过四个导杆并可沿四个导杆移动。

本发明一种用于上述的水下机器人重心辅助调节系统的控制方法，包括以下步骤：