水下機器人基礎運動控制體系結構及運動控制技術研究.pdf

1、隨著陸地上不可再生資源的加速消耗，合理開發(fā)和利用海洋已經成為當今世界的共識，水下機器人作為合理開發(fā)海洋的重要工具，已經得到全世界的廣泛關注。水下機器人的基礎運動控制是水下機器人的關鍵技術之一，決定著水下機器人的控制性能，關系著水下任務的完成，因此，研究水下機器人的基礎運動控制技術對于發(fā)展水下機器人技術具有重要的理論與現(xiàn)實意義。
　　水下機器人基礎運動控制系統(tǒng)由基礎運動控制體系結構、軟硬件框架及基本控制方法三部分組成。本文針對信息流

2、依次經過水下機器人的信息層(Information)、控制層(Control)、執(zhí)行層(Execute)建立一種水下機器人ICE基礎運動控制體系結構，根據體系結構搭建水下機器人的硬件結構及軟件框架，并對基本控制回路及控制策略進行研究，通過實驗驗證基本控制回路及控制策略的可行性。
　　針對傳統(tǒng)體系結構存在結構龐大、信息反應慢的問題，本文建立了由信息層、控制層及執(zhí)行層組成的水下機器人基礎運動控制體系結構，并對體系結構組成部分的功能及聯(lián)

3、系進行研究。通過對體系結構完善性的論證，證明了該體系結構能夠有效包容系統(tǒng)硬件、軟件及控制方法;通過對體系結構合理性的論證，證明了該體系結構能使信息能順暢流通，模塊能合理發(fā)揮作用，并能夠將有機地融合到水下機器人系統(tǒng)中。
　　根據控制系統(tǒng)的組成及“海蝎”號水下機器人的用途，本文基于ICE基礎運動控制體系，建立了“海蝎”號水下機器人的控制系統(tǒng)結構，實現(xiàn)傳感器、控制器、執(zhí)行器等硬件的合理組合;根據“海蝎”號水下機器人需要實現(xiàn)的功能，本文搭

4、建水了下機器人的軟件框架，設計部分重要線程/任務的流程，并對框架程序進行封裝，實現(xiàn)軟件程序的條理化、模塊化。
　　建立6自由度水下機器人的運動學及動力學模型，本文針對兩種不同推進器布置的水下機器人進行運動學及動力學模型的簡化。對水下機器人自動定向、自動定深及水下懸停的基本控制回路及控制策略進行研究，本文將研究的基本控制回路及控制策略應用到“探索”號水下機器人上，并通過水池實驗，驗證了所研究的基本控制回路及控制策略的可行性。