[发明专利]仿生鱼路径控制方法、装置及仿生鱼

说明书

本发明提供一种仿生鱼路径控制方法、装置及仿生鱼，所述方法包括：基于仿生鱼的机械结构参数、运动参数以及受力参数，确定仿生鱼的动力学模型；基于动力学模型，以及目标位置，确定二维方向上的控制律和三维方向上的控制律；基于二维方向上的控制律确定仿生鱼的尾鳍偏置角度，以及基于三维方向上的控制律确定仿生鱼的螺旋桨转动速度；基于尾鳍偏置角度以及螺旋桨转动速度，控制仿生鱼移动至目标位置。本发明基于尾鳍偏置角度以及螺旋桨转动速度，对仿生鱼进行控制，从而实现在二维方向和三维方向上对仿生鱼进行精准控制，以使得仿生鱼能够精确移动至目标位置。

技术领域

本发明涉及水下机器人控制技术领域，尤其涉及一种仿生鱼路径控制方法、装置及仿生鱼。

背景技术

近年来，水下仿生机器人通过模仿自然界生物卓越的运动能力，正逐渐发展为一种兼顾机动性、隐蔽性以及推进效率的优秀水下作业平台，有着广阔的发展前景。其中，因为小型水下仿生机器人设计紧凑灵活，具有良好的狭窄空间内的机动性、隐蔽性和低成本等特点，有望被应用在狭窄水域的水质监测、目标搜索和集群探测等领域。

为更有效地执行作业任务，仿生鱼作为小型水下仿生机器人的自主性也受到了关注，包括自主巡航、水下避障、路径规划和路径跟踪等。对于小型水下机器人而言，探索灵活高效的推进方式和高精度的三维路径跟踪控制系统可以为狭窄水域的避障、目标搜索和协同作业奠定良好的基础。目前，多采用离子导电聚合物膜作为致动器研制开发了仿生鱼，实现了三维游动。同时，也有利用机载电解槽产生气体控制深度变化，实现了仿生鱼的三维游动。然而，上述方式在控制仿生鱼的路径时精度较低。

发明内容

本发明提供一种仿生鱼路径控制方法、装置及仿生鱼，用以解决现有技术中仿生鱼路径控制精度较低的缺陷。

本发明提供一种仿生鱼路径控制方法，包括：

基于仿生鱼的机械结构参数、运动参数以及受力参数，确定所述仿生鱼的动力学模型；

基于所述动力学模型，以及目标位置，确定二维方向上的控制律和三维方向上的控制律；

基于所述二维方向上的控制律确定所述仿生鱼的尾鳍偏置角度，以及基于所述三维方向上的控制律确定所述仿生鱼的螺旋桨转动速度；

基于所述尾鳍偏置角度以及所述螺旋桨转动速度，控制所述仿生鱼移动至所述目标位置。

根据本发明提供的一种仿生鱼路径控制方法，所述基于仿生鱼的机械结构参数、运动参数以及受力参数，确定所述仿生鱼的动力学模型，包括：

基于所述机械结构参数、所述运动参数以及所述受力参数，确定所述仿生鱼的初始动力学模型；

在所述仿生鱼的初始动力学模型中，将平行于尾鳍方向的力、螺旋桨推进力、螺旋桨力矩、所述仿生鱼的俯仰角以及所述仿生鱼的横滚角置为0，得到所述仿生鱼的动力学模型。

根据本发明提供的一种仿生鱼路径控制方法，所述在所述仿生鱼的初始动力学模型中，将平行于尾鳍方向的力、螺旋桨推进力、螺旋桨力矩、所述仿生鱼的俯仰角以及所述仿生鱼的横滚角置为0，得到所述仿生鱼的动力学模型，包括：

在所述仿生鱼的初始动力学模型中，将平行于尾鳍方向的力、螺旋桨推进力、螺旋桨力矩、所述仿生鱼的俯仰角以及所述仿生鱼的横滚角置为0，得到简化动力学模型；

在所述简化动力学模型中，将所述仿生鱼的侧滑角置为0，得到所述动力学模型。

根据本发明提供的一种仿生鱼路径控制方法，所述运动参数包括线速度和角速度，所述受力参数包括合外力以及合外力矩；

所述基于所述机械结构参数、所述运动参数以及所述受力参数，确定所述仿生鱼的初始动力学模型，包括：

基于所述合外力，以及所述合外力矩，确定所述仿生鱼的受力矩阵；