【泡泡一分钟】装有矢量推进器的新型自主水下航行器的设计、建模和自适应控制

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标题：Design, modelling and adaptive control of a novel autonomous underwater vehicle equipped with vectored thrusters

作者：Jisen Li, Caiming Sun, Jiaming Zhang, Aidong Zhang

来源：IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)，2019

编译：路超

审核：柴毅，王靖淇

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摘要

地球表面的很大一部分被海洋覆盖，其中大部分由于复杂的水下环境仍未被探索。为了探索复杂的水下世界，需要具有高速度和高机动性的自主水下航行器。为满足这一要求，设计了一个装有6个固定推进器和2个矢量推进器的水下机器人。通过改变推进器的结构，可以实现运动状态的转换。本文将给出设计、仿真和实验结果。

图1 矢量式水下机器人的总体设计

Tips：本文是只有one page的IROS（手动滑稽），所以多墨迹一下（手动调皮笑脸）。

本文提出了一种通过改变推进器的结构来改变水下机器人运动状态的水下机器人。虽然八个推进器中只有两个是矢量化的，但这种设计保证了转型过程中的稳定性。此外，还使用了螺旋桨推进器来提高功率效率。水下机器人的总体设计如图所示。两个矢量推进器连接到两个关节上，由伺服电机驱动。这一机制使矢量推进器的推进方向得以改变。同时在变形过程中调整附加重量的位置，保持身体平衡。当矢量推进器在水平方向时，总共有6个推进器推动水下航行器前进，可实现高速航行。另一方面，当矢量推进器从水平方向转向垂直方向时，在垂直平面上会有四个推进器，使水下机器人能够精确地调整姿态。为提高控制精度，建立了动态模型，提出了考虑推力器结构变化的六自由度运动方案。采用CFD方法对电站模型中的参数进行识别，证明该方法是一种较为准确、成本较低的参数识别方法。基于已识别的被控对象模型，采用自适应控制算法对机器人进行控制。仿真和实验结果一致表明，该机器人能够如期从高速运动状态过渡到高稳定状态。此外，机器人可以很好地遵循指定的路径。水下航行器运动状态的变化保证了水下航行器回收的有效性和成功率，是水下航行器长航时部署的保证。此外，该AUV还适用于窄空间探索和多机器人协作等应用，在这些应用中进行运动状态转换可以显著提高任务的有效性。

Abstract

A large portion of the earth surface is covered by ocean, most of which still remains unexplored due to the complex underwater environment. To explore the complex underwater world, autonomous underwater vehicle (AUV) with both high speed and high maneuverability is required. To fulfill the requirement, an AUV which is equipped with six fixed thrusters and two vectored thrusters is designed. By changing the configuration of the thrusters, it can achieve movement state transformation. The design, simulation and experimental results will be shown in this paper.