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【CN109814581A】ROV水下机器人自动定深运动控制方法【专利】

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基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法_CN109814583A

基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法_CN109814583A
+λψ)λ+λrλψ ＝λ2 - ( a + b k r )λ- b k ψ 根 据 方 程 两 边 对 应 系 数 相 等 ，推 出
3 .根据权利要求1所述的基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法，其 特征在于：控制参数所含动态量的约束条件；所述的两系数a，b描述知控制参数kr kψ随着纵
(1) 构建自 主水下机器人 系统航向 运 动模型 ，根据自 主水下机器人 系统航向 运 动控 制
特点，构建航向运动状态方程
(2) 根据能 控性 判据知系统完全能 控 ，可实现极点的 任意配置 ，预设期望极点为λr、λψ， 从而得到加入状态反馈后，系统期望特征方程为E(λ)＝λ2-(λr+λψ)λ+λrλψ；
(3)设置待求控制参数kr kψ构建状态反馈控制律δr(t)＝krer+kψeψ，将控制律代入条件 (1)中航向运动状态方程，得到加入控制律后的特征方程为E(λ)＝λ2-(a+bkr)λ-bkψ；
(4) 对比 条件 (2) 的 期望特征方程与条件 (3) 的 加入状态反馈控 制律的 特征方程 ，可得
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910046333 .0 (22)申请日 2019 .01 .18 (71)申请人 东华理工大学
地址 344000 江西省抚州市市辖区抚州市 学府路56号
(72)发明人 周焕银 刘金生 (74)专利代理机构 江西省专利事务所 36100
权利要求书2页 说明书4页 附图13页
CN 109814583 A
CN 109814583 A
权 利 要 求 书
1/2 页
1 .一种基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法，其特征在于：动态调 整状态反馈控制参数 ，消弱自 主水下机器人纵向 速度对其航向运动的 耦合影响 ，提高自 主 水下机器人 系统抗干扰能 力与自适应于被控对象能 力 ，控制方法通 用性强 ，且只有两控制 参数kr kψ，该方法包含以下步骤：

水下作业型ROV定深控制系统的设计

水下作业型ROV定深控制系统的设计

d is trib u to r , a ttitu d e de tectio n system and ce n tra l processor. T h e m ath e m a tical m odel o f R O V rs m o tio n is e sta b lish e d , and it is de­
的 R O V 定 深 控 制 系 统 主 要 由 深 度 传 感 器 及 检 测 系 统 、推 进 器 控 制 分 配 器 、姿 态 检 测 系 统 和 中 心 处 理 器 组 成 。建 立 了 水 下 作 业
型 R O V 的 运 动 学 数 学 模 型 ，并 进 行 了 单 自 由 度 解 耦 。根 据 R O V 控 制 系 统 特 点 设 计 了 模 糊 比 例 积 分 微 分 (p ro p o rtio n in te g ra tio n
coupled in to single degreeso f freedom. A fuzzy P ID c o n tro lle r is b u ilt fo r the depth co n tro l system. In the sim u la tion and fie ld
test, the fe a sibility and practicability of
(College o f Automation， Harbin Engineering University， Harbin 150001，China)
A bstract：According to
the
w ork
demand fo r the underw ater w ork-class
R O V , anautom atically fixed depth

【CN109911157A】一种水下机器人、水下机器人的控制方法及装置【专利】

【CN109911157A】一种水下机器人、水下机器人的控制方法及装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910300120.6(22)申请日 2019.04.15(71)申请人 深圳鳍源科技有限公司地址 518000 广东省深圳市龙岗区坂田街道雅南路1号星河领创天下二期一楼(72)发明人 张翀　张美昭　(74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司11332代理人 孟金喆(51)Int.Cl.B63C 11/52(2006.01)B63H 5/08(2006.01)(54)发明名称一种水下机器人、水下机器人的控制方法及装置(57)摘要本发明实施例公开了一种水下机器人、水下机器人的控制方法以及水下机器人的控制装置，该水下机器人包括：机器人本体以及设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列，每组推进器阵列包括：每组推进器阵列中的两个推进器组件沿所述机器人本体的中轴线对称设置于所述机器人本体的两侧；位于所述中轴线同侧的至少三个推进器组件与所述中轴线呈至少三个夹角值，以使推进机构在至少三个推进方向上，向所述水下机器人提供推动力。

本发明实施例的技术方案，通过设置在机器人本体侧面的至少六个推进器组件实现了对水下机器人位置和姿态的控制，尤其实现了全角度的悬停控制和移动控制，极大地提高了水下机器人的运动灵活性，提高了控制精度。

权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 109911157 A 2019.06.21C N 109911157A权　利　要　求　书1/2页CN 109911157 A1.一种水下机器人，其特征在于，包括：机器人本体以及设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；所述推进器组件包括：壳体以及推进机构，所述壳体用于承载所述推进机构；每组推进器阵列中的两个推进器组件沿所述机器人本体的中轴线对称设置于所述机器人本体的两侧；位于所述中轴线同侧的至少三个推进器组件与所述中轴线呈至少三个夹角值，以使推进机构在至少三个推进方向上，向所述水下机器人提供推动力。

一种机器人水下定位方法及机器人水下定位系统[发明专利]

一种机器人水下定位方法及机器人水下定位系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911327782.9(22)申请日 2019.12.20(71)申请人 清华四川能源互联网研究院地址 610000 四川省成都市天府大道南段2039号天府创客街区(72)发明人 王皓冉　李永龙　陈永灿　张华　(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙) 11463代理人 周永强(51)Int.Cl.G01C 21/16(2006.01)G01S 17/02(2020.01)G01S 17/06(2006.01)(54)发明名称一种机器人水下定位方法及机器人水下定位系统(57)摘要本发明涉及水下定位技术领域，具体而言，涉及一种机器人水下定位方法及机器人水下定位系统。

一种机器人水下定位方法，其包括以下步骤：接收安装在水面平台上的短基线基阵输出的表征机器人相对于所述水面平台位置的信号，并输出表征机器人相对于所述水面平台位置的第一位置信息；判断所述水面平台是否位于第一区域或第二区域；若所述水面平台位于第一区域，根据所述第一位置信息及所述第二位置信息，确定所述机器人的位置；若所述水面平台位于第二区域，根据所述第一位置信息、所述第三位置信息及第四位置信息，确定所述机器人的位置。

该机器人水下定位方法能够提高机器人在水下的定位精度。

权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 111024069 A 2020.04.17C N 111024069A1.一种机器人水下定位方法，其特征在于，所述机器人水下定位方法包括以下步骤：接收安装在水面平台上的短基线基阵输出的表征机器人相对于所述水面平台位置的信号，并输出表征机器人相对于所述水面平台位置的第一位置信息；判断所述水面平台是否位于第一区域或第二区域；若所述水面平台位于第一区域，接收安装在岸上的RTK基站输出的表征所述水面平台位置的信号，并输出表征所述水面平台位置的第二位置信息；根据所述第一位置信息及所述第二位置信息，确定所述机器人的位置；若所述水面平台位于第二区域，接收安装在所述水面平台上的惯性测量单位IMU输出的表征所述水面平台位置的信号，并输出表征所述水面平台位置的第三位置信息；接收安装在所述水面平台上的激光雷达输出的表征所述水面平台位置的信号，并输出表征所述水面平台位置的第四位置信息；根据所述第一位置信息、所述第三位置信息及所述第四位置信息，确定所述机器人的位置。

遥控水下机器人ROV的供电系统及其控制方法[发明专利]

遥控水下机器人ROV的供电系统及其控制方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011197551.3(22)申请日 2020.10.30(71)申请人 株洲中车时代电气股份有限公司地址 412001 湖南省株洲市石峰区时代路169号(72)发明人 张定华　彭勃　刘可安　尚敬　刘浩平　张向阳　杨鸣远　徐绍龙　陈智豪　肖伟　刘畅　吴旋　廖津余　周要　汤树芳　李仁雄　(74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公司 31100代理人 徐伟(51)Int.Cl.H02M 7/12(2006.01)H02M 5/12(2006.01)H02M 1/14(2006.01)(54)发明名称遥控水下机器人ROV的供电系统及其控制方法(57)摘要本发明提供了一种用于遥控水下机器人ROV的供电系统，包括：升压变压器，用于对船舶电压执行升压变换操作；整流器，用于对该升压变压器的输出进行整流操作；直流滤波器，用于对该整流器的整流输出执行直流滤波操作以输出高压直流电压，该直流滤波器通过电缆为水下的ROV供电；以及电压补偿模块，用于基于该直流滤波器的输出电流确定该电缆上的压降，并基于该压降和ROV端的目标设定值对该整流器执行压降补偿控制以输出稳定的该高压直流电压。

权利要求书2页 说明书12页 附图6页CN 112366961 A 2021.02.12C N 112366961A1.一种遥控水下机器人ROV的供电系统，包括：升压变压器，用于对船舶电压执行升压变换操作；整流器，用于对所述升压变压器的输出进行整流操作；直流滤波器，用于对所述整流器的整流输出执行直流滤波操作以输出高压直流电压，所述直流滤波器通过电缆为水下的ROV供电；以及电压补偿模块，用于基于所述直流滤波器的输出电流确定所述电缆上的压降，并基于所述压降和ROV端的目标设定值对所述整流器执行压降补偿控制以输出稳定的所述高压直流电压。

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左侧为Z型函数f(x ,a ,c)， 右侧为S型函数f (x) ，
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CN 109814581 A
权 利 要 求 书
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步骤2 ，设定修正量ΔKP的自 整定参数表 ，如表1-1所示 ；设定修正量ΔKI的自 整定参数 表，如表1-2所示；设定修正量ΔKD的自整定参数表，如表1-3所示；
表1-1
表1-2
式中，u(n)表示第n个采样周期PID控制器输出量， e(n)表示第n个采样周期控制量偏差， Ti表示积分时间常数， Td表示微分时间常数， T表示采样周期， 其相应的增量表达式为 Δu(n)＝u(n)-u(n-1)
＝KP{e(n)-e(n-1)+KIe(n)+KD[e(n)-2e(n-1)+e(n+1)]}。 2 .根据权利要求1所述的ROV水下机器人自动定深运动控制方法，其特征在于，所述第 二步中，a＝0 .1，b＝0 .05，c＝0 .1。
同理，按照以下公式对从姿态传感器获取的数值做差、求导： Δθ＝θ0-θr
输入量为深度或倾角的偏差e和偏差变化率ec， 倾角偏差Δθ的基本论域为[-1rad，+1rad]， 倾角偏差变化率 的基本论域为[-0 .05rad/s，+0 .05rad/s]， 垂直推进器的控制电压基本论域为[-5V，+5V]， 深度偏差Δd的基本论域为[-0 .5m，+0 .5m]， 垂向速度 的基本论域为[-0 .2m/s，+0 .2m/s]， 水平推进器的控制电压基本论域为[-5V，+5V]， 偏差e和偏差变化率ec的离散论域为{-3 ,-2-1 ,0 ,1 ,2 ,3}， KP，KI，KD的修正量ΔKP，ΔKI，ΔKD的离散论域为{-3 ,-2-1 ,0 ,1 ,2 ,3}，对应着模糊子集 {NB ,NM ,NS ,ZE ,PS ,PM ,PB}； 为输入输出参数选取隶属度函数 ，隶属度函数的中间为三角形隶属函数μF (x) ，
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910018403 .1
(22)申请日 2019 .01 .09
(71)申请人 哈尔滨工业大学（威海） 地址 264200 山东省威海市环翠区文化西 路2号 申请人 威海市机器人与智能装备产业研究 院
(72)发明人 黄博 马孔伟 陈倩
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说 明 书
1/10 页
ROV水下机器人自动定深运动控制方法
技术领域 [0001] 本发明涉及水下机器人技术领域，具体而言，涉及一种ROV水下机器人自动定深运 动控制方法。
背景技术 [0002] 在陆地资源被大量开发以至短缺的今天，深入开发海洋资源刻不容缓。地球是唯 一已 知存在固体 、液体 和气体三 种状态水的 行星 ，它也是目 前唯 一已 知地表有液态水存在 的行星。全球97％的供水来源于海洋。水对于维持生命至关重要，水与人类生存的方方面面 都息息相关。海洋覆盖地球表面的70 .8％，远远超过地球的陆地面积。在海洋覆盖范围内， 大西洋占16 .2％，太平洋占2 .4％，印度洋占14 .4％，边缘和邻近地区占7 .8％。值得注意的 是，仅太平洋的覆盖面积就比所有的陆地面积多3 .2％。 [0003] 我国陆地国土有大部分处于西部大高原区域，生态环境脆弱，有效国土面积较小， 开发成本高 ，需要以 海补陆。因此 ，提高海洋资源开发能 力 ，对我国的发展至关重要。为了开 发海洋资源，我们应该不断地了解、勘测海洋，探索开发海洋的方法，研制可用的设备。而水 下机器人因其灵活机动、环境适应能力强、安全等突出特点，逐渐成为海洋开发相关行业的 宠儿。在科学研究、渔业和水产养殖、军事和国土及公共安全方面都能看到水下机器人的身 影。 [0004] 目前，水下机器人分为两大类：载人水下机器人和无人水下机器人(UUV，unmanned underwater vehicles) 。无人水下机器人又分为有缆遥控水下机器人 (ROV ，Remote Operated Vehicle)和无缆自治水下机器人(AUV，Autonomous Underwater Vehicle)。便携 式ROV以其体积小、重量轻、成本低、投放使用简单等特点在水文监测、水产养殖等领域具有 广阔的应用前景。与AUV相比 ，ROV的推进器数量及布局形式与其自由度数目、运动性能以及 控 制方式 有着密 切联 系 ，常见的 推进器数量有三个 、四 个 、六个 、八个 ，加上安装位置的 不 同 ，ROV演变出多种布局形式和结构外形。而对于应 用于近海、湖泊、水库等浅水水域的观察 级ROV，出于成本、体积重量的考虑，主要采用三推进器、四推进器的布局形式。 [0005] 自动定深控制是ROV的关键技术之一，现有的控制算法复杂，不易实现，三推进器 ROV自动定深运动过程稳定性差，抵抗水下浪涌干扰能力差。
权利要求书3页 说明书10页 附图5页
CN 109814581 A
CN 109814581 A
权 利 要 求 书
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1 .一种ROV水下机器人自动定深运动控制方法，其特征在于，采用双闭环模糊PID控制 器，包括以下步骤：
第一步，生成模糊查询表，具体过程包括： 步骤1，输入变量的模糊化： 按照以下公式将从深度传感器获取的数值做差、求导： Δd＝d0-dr
表1-3
第二步，在线查表，D，
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权 利 要 求 书
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根据深度传感器、姿态传感器反馈的数据与期望值对比 ，选取不同的调整值，进而按以下公
式(5)、(6)、(7)可以计算出PID控制器的各个参数：
Kp＝Kp0+a·ΔKp KI＝KI0+b·ΔKI KD＝KD0+c·ΔKD
(5) (6) (7)
公式(5)、(6)、(7)中，KP0 ,KI0 ,KD0为初始值，a、b、c为参数调整因子；
第三步，PID控制过程，根据采样数据与期望值进行比较获得偏差e(n) ，对偏差进行PID
运算从而调节推进器的电机两端电压，进而控制电机转速；
(74)专利代理机构 威海科星专利事务所 37202 代理人 孙小栋
(51)Int .Cl . G05D 1/06(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109814581 A (43)申请公布日 2019.05.28
( 54 )发明 名称 ROV水下机器人自动定深运动控制方法
( 57 )摘要 本发明涉及一种ROV水下机器人自动定深运
动控 制方法 ，其解决 了现有三推进器ROV自 动定 深控制算法复杂，不易实现，ROV自动定深运动过 程稳定性差，抵抗水下浪涌干扰能力差的技术问 题 ，其采用双闭环模糊PID控制器 ，内环为倾角 环，控制垂直推进器工作使ROV的俯角达到要求， 外环为深度环 ，控 制水平推进器工作。本发明可 广泛应用于水下机器人技术领域。