[发明专利]一种水下机器人矢量推进器的控制系统、控制方法及矢量角度选择方法

说明书

本发明公开了一种水下机器人矢量推进器的控制系统、控制方法及矢量角度选择方法，包括矢量推进器、电压型传感器、上位机、信号采集模块、信号接收模块、信号输出模块和控制信号调节模块，信号采集模块采集传感器的电压输出信号，信号接收模块接收控制电压信号以及电压输出信号，控制信号调节模块对接收的信号进行电压PID闭环计算，且调节控制电压的输出速度；信号输出模块将调节之后的闭环输出控制电压转换成矢量推进器的控制信号。采用矢量推进器实现推进器推力方向的改变，从而实现水下机器人五自由度运动，设备灵活性、能耗降低。通过电压闭环计算和电压缓变调节，防止烧毁水下舵机，增强水下机器人的运行稳定性，同时避免烧毁矢量推进器。

技术领域

本发明涉及水下勘探与水下作业设备及配套技术，具体是涉及一种水下机器人矢量推进器的控制系统、控制方法及矢量角度选择方法。

背景技术

随着目前对海洋进行合理的地开发，可以极大缓解当前面临的资源短缺问题。当需要进行水下探测与水下作业时，水下机器人的优势就得以体现，尤其是在人类无法到达的深水领域。但由于水下环境恶劣，故而对水下机器人的运行稳定性以及控制性能提出了很高的要求。

现有技术中，如公开号为CN113002744A的专利申请公开了一种四旋翼水下航行器，该专利申请公开了一种重心调节装置和用于驱动重心调节装置的驱动装置，通过驱动重心调节装置运动改变四旋翼水下航行器重心位置，从而提高四旋翼水下航行器的工作效率；但其需要通过重心调节装置与推进器配合完成多自由度运动，此时航行器本体姿态会产生大幅度转动，使航行器整体稳定性大大降低，不利于水下探测与水下作业。如期刊“工业控制计算机”中公开的四旋翼水下航行器运动控制及可视化仿真，其公开了一种水下机器人四个推进器投影在两个铅锤平面形成两个“V”形状，称V形推进器，能够驱动机器人完成六个自由度的运动，从而提高水下机器人机动性；但其在运动过程中，存在推进器部分推力分量相互抵消，增加能量消耗的问题。

再如公开号为CN110065606A的专利申请公开了一种矢量推进的流线型四旋翼水下航行器，其公开了一种水下航行器推进器转动机构，将推进器安装在外壳端盖，外壳端盖与转动机构中的防水导电滑环连接，通过防水导电滑环转动以带动推进器旋转，从而完成水下航行器运动或者姿态保持，该装置相较于传统四旋翼航行器，其推力方向灵活性可变，可实现纵荡、升沉、横倾、纵倾、偏航等五个自由度运动，但是四个推进器固定安装于转动机构上，难以实现推进器单独方向调节，且多自由度运动时，航行器姿态发生改变，导致稳定性降低，不适合水下作业。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种提高水下机器人运动稳定性的矢量推进器控制系统。

本发明还提供一种水下机器人矢量推进器的控制方法以及矢量推进器矢量角度的选择方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种水下机器人矢量推进器的控制系统，包括用于驱动水下机器人运动的矢量推进器、若干检测水下机器人状态的电压型传感器、上位机、控制模块，所述上位机用于发送控制电压信号，所述控制模块包括信号采集模块、信号接收模块、信号输出模块和控制信号调节模块，所述信号采集模块用于采集所述电压型传感器的电压输出信号，所述信号接收模块用于接收上位机发送的控制电压信号以及信号采集模块采集的电压输出信号，所述控制信号调节模块用于根据信号接收模块接收的信号进行电压PID闭环计算得到闭环输出控制电压，且控制信号调节模块用于调节闭环输出控制电压的输出速度；所述信号输出模块用于将控制信号调节模块调节之后的闭环输出控制电压转换成矢量推进器的控制信号，并对矢量推进器进行控制。

进一步的，所述水下机器人包括外框架、固定于外框架内的电子舱，所述外框架两侧对称设置四个矢量推进器，所述电压型传感器、信号采集模块、控制模块均设置于电子舱内。

进一步的，所述矢量推进器包括水下推进器和水下舵机，所述水下舵机输出端与水下推进器侧面连接，水下舵机调节水下推进器的推进角度。

本发明还采用一种矢量推进器的控制方法，包括以下步骤：