[发明专利]一种游走混合型水下机器人沿斜面直立攀爬行走控制方法

权利要求书

1.一种游走混合型水下机器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，所述行走控制方法包括：

将水下机器人沿斜面直立攀爬行走的运动模型分解为沿纵轴的前向运动模型以及沿横平面的平面运动模型；

针对前向运动模型，根据水下机器人期望行走速度，采用比例控制，获取水下机器人的前向力，同时将水下机器人跟随参考直线路径的平面运动模型转化为包含横向误差和航向角误差的级联系统，基于反步思想设计水下机器人控制律，获取水下机器人的偏航力矩；

根据解算出的前向力和偏航力矩，分别计算水下机器人两个水平推进器的推力，各支撑腿所需的前向力以及各支撑腿用于转向所需的切向力，然后根据运动叠加原理得到水下机器人用于前向运动和转向运动所需要的各支撑腿前向力，再根据支撑腿的支撑角，反解求出各支撑腿髋关节的驱动力矩及各支撑腿作用于斜面的垂向力；

根据支撑腿作用于斜面的垂向力，计算出垂向推进器的推力值；

其中，将水下机器人跟随参考直线路径的平面运动模型转化为包含横向误差和航向角误差的级联系统，基于反步思想设计水下机器人控制律，获取水下机器人的偏航力矩为：

式中，k₂、k₃为控制参数；m₁₁，m₂₂，m₃₃，d₃₃均为水下机器人的水动力参数；水下机器人在运载体坐标系下y_b轴方向的速度为v，航向角速度为r；ψ_d为航路点坐标系下机器人的期望航向角；ψ_e为航路点坐标系下航向角跟踪误差；r_e为航路点坐标系下航向角速度跟踪误差。

2.根据权利要求1所述的游走混合型水下机器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，针对前向运动模型，根据水下机器人期望行走速度，采用比例控制，获取水下机器人的前向力为：

τ_X＝-X_uu_c+k_p(u-u_c)

式中，τ_X为水下机器人的前向力，X_u为水下机器人轴向流体阻尼系数，k_p为比例系数，u_c为水下机器人期望的前向速度，u为水下机器人实际的前向速度。

3.根据权利要求1所述的游走混合型水下机器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，根据解算出的前向力和偏航力矩，计算水下机器人两个水平推进器的推力为：

其中，T₅为左水平推进器产生的推力，T₆为右水平推进器产生的推力，R_S为两个水平推进器的力臂长度，F_TX为水平推进器产生的前向力，F_TN为水平推进器产生偏航力矩。

4.根据权利要求1所述的游走混合型水下机器人沿斜面直立攀爬行走控制方法，其特征在于，根据解算出的前向力和偏航力矩，计算机器人第i条腿的髋关节转矩τ_i为：

l_r为支撑腿等效连杆长度，θ为髋关节旋转角度，F_li为第i条支撑腿的合力。