CN109911157A - 一种水下机器人、水下机器人的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种水下机器人、水下机器人的控制方法以及水下机器人的控制装置。
背景技术
自古以来人们对于水下未知世界的探索都有着浓厚的兴趣，随着科学技术的不断发展，水下探索也由猜测变为了现实。作为一种工作于水下的极限作业装置，水下机器人可以适应水下恶劣的环境并完成各种作业，还能下潜到人类无法到达的深度，因此水下机器人已成为开发海洋的重要工具。
现有的水下机器人是利用安装在机器人尾部的推进器推进机器人完成前进或后退动作，和/或利用安装在机体底端的推进器实现水下机器人的上浮或下潜。
然而，现有的水下机器人，只能完成前进后退与上下运动，对于机体姿态调整极其不灵活，无法实现全方位运动，极大的限制了水下机器人的运动灵活性。
发明内容
本发明提供了一种水下机器人、水下机器人的控制方法以及水下机器人的控制装置，通过设置于水下机器人本体侧面的至少六个推进器组件实现了水下机器人的位姿控制。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水下机器人，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：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。
一种水下机器人的控制方法，包括：
获取目标位置点坐标；
利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的机头指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点；
或利用设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列移动所述机器人本体，以使所述机器人本体以任意姿态移动到所述目标位置点；
其中，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；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。
一种水下机器人的控制装置，包括：
目标位置获取模块，用于获取目标位置点坐标；
位姿调整模块，用于利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的机头指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点；
或利用设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列移动所述机器人本体，以使所述机器人本体以任意姿态移动到所述目标位置点；
其中，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；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。
本发明实施例通过在机器人本体侧面设置至少三组推进器阵列，且每组推进器阵列包括两个沿机器人本体的中轴线对称设置的推进器组件，将位于中轴线同侧的至少三个推进器组件安装在与中轴线呈至少三个夹角值的位置，使得推进器组件在至少三个推进方向上向所述水下机器人提供推动力，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。
附图说明
图1A是本发明实施例一提供的一种水下机器人的结构图；
图1B是本发明实施例一提供的一种水下机器人的结构图；
图1C是本发明实施例一提供的一种水下机器人的结构框图；
图2是本发明实施例二提供的一种水下机器人的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种水下机器人的控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
如图1A、图1B和图1C所示，本发明实施例提供了一种水下机器人，该水下机器人包括：机器人本体1以及设置在所述机器人本体1侧面的至少三组推进器阵列2，每组推进器阵列2包括：两个推进器组件21。
机器人本体1作为水下机器人的主体机构，除了包括水下机器人的控制终端，还包括了用于执行水下机器人具体行为功能，例如，安全搜救、管道检修和能源勘探等相关组件；例如，摄像机、照相机和/或照明灯等观测组件；机械手、切割器和/或清洗器等作业组件。可选的，在本发明实施例中，对水下机器人具备的行为功能以及包括的功能组件不作具体限定。
推进器组件21是将其他形式的能量转化为机械能的装置，通过旋转叶片或喷水等方式产生推动力推动水下机器人移动。
可选的，在本发明实施例中，推进器组件21包括螺旋桨推进器或喷水推进器。螺旋桨推进器，是由主机带动推进轴一起转动，将水从桨叶的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力推动机器人本体前进的一种推进器；螺旋桨推进器具有构造简单以及工作效率高的特点。喷水推进器，是将推进机构的喷射部分浸在水中，利用喷射水流产生的反作用力驱动机器人本体前进的一种推进器，相比于螺旋桨推进器，喷水推进器具有易操纵性以及环境适应性好等特点，尤其适合于在恶劣环境下工作，例如，适应在泥沙较多的水域中工作。可选的，在本发明实施例中，对推进器组件21的类型不作具体限定。
可选的，在本发明实施例中，所述推进机构包括电机；所述电机正转时提供的推进力和反转时提供的推进力在推进方向上相反。
所述推进器组件21包括：壳体以及推进机构，所述壳体用于承载所述推进机构。
可选的，在本发明实施例中，推进器组件21可以通过壳体与机器人本体1连接；还可以将壳体通过固定机构与所述机器人本体1连接；固定机构包括依次连接的固定部件、延伸部件以及承载部件；所述固定部件用于与所述机器人本体上固定连接，所述承载部件用于承载所述推进机构，所属延伸部件用于连接固定部件与承载部件，并具有伸展和收缩功能；其中，每组推进器阵列2中的两个固定机构，沿所述机器人本体1的中轴线对称设置于所述机器人本体1的两侧。
每组推进器阵列2中的两个推进器组件21沿所述机器人本体1的中轴线对称设置于所述机器人本体1的两侧；位于所述中轴线同侧的至少三个推进器组件21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。
具体的，本发明实施例中，水下机器人包括三组推进器阵列2，分别位于所述中轴线同侧前端和后端的两个推进器组件的推进方向与垂直于所述中轴线所在平面方向的夹角值之和为零，前端即靠近机器人本体1头部的位置，后端即靠近机器人本体1尾部的位置。例如，前端右侧推进器的推进方向与垂直方向的夹角值为30°，那么后端右侧推进器的推进方向与垂直方向的夹角值为-30°。特别的，当前端右侧推进器的推进方向与垂直方向的夹角值为30°时，前端右侧推进器的推进方向与机器人本体的中轴线的夹角值为60°。因此，位于所述中轴线同侧的三个推进器组件的推进方向可以与所述机器人本体的中轴线的夹角值由前到后分别为60°、0°和-60°；也即位于所述中轴线同侧的三个推进器组件的推进方向可以与所述机器人本体垂直方向的夹角值分别为30°、0°和-30°。可选的，在本发明实施例中，位于所述中轴线同侧的三个推进器组件的推进方向与所述机器人本体1中轴线所在平面的垂直方向的夹角值不作具体限定。
可选的，每组推进器阵列2中的两个推进器组件21为相同功率的推进器组件。
可选的，水下机器人还包括设置于所述机器人本体1的底面和/或顶面的推进器组件21；在机器人本体1的底面和/顶面设置推进器组件21，可是使水下机器人在垂直方向获得推进力，便于水下机器人的上浮或下潜。
本发明实施例通过在机器人本体侧面设置至少三组推进器阵列，且每组推进器阵列包括两个沿机器人本体的中轴线对称设置的推进器组件，将位于中轴线同侧的至少三个推进器组件安装在与中轴线呈至少三个夹角值的位置，使得推进器组件在至少三个推进方向上向所述水下机器人提供推动力，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。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种水下机器人的控制方法的流程图，该方法适用于利用安装于水下机器人本体侧面的至少六个推进器组件实现水下机器人的位姿控制的情况，该方法可以由本发明实施例中的水下机器人的控制装置来执行，并一般可以集成在本发明任意实施例所述的水下机器人中，典型的，可以以程序代码的方式集成在水下机器人的机器人本体中，该方法包括：
S210、获取目标位置点坐标。
可以利用水下机器人的控制终端通过通信系统接收目标位置点坐标信息；还可以根据水下机器人的功能组件，例如，摄像机或者照相机等获取图像信息，再利用控制终端计算目标位置点坐标。可选的，在本发明实施例中，对获取目标位置点坐标的方式不作具体限定。
S220、利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的机头指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点；或利用设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列移动所述机器人本体，以使所述机器人本体以任意姿态移动到所述目标位置点；其中，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；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。
特别的，当先调整机器人本体姿态，再进行位置控制时，对机器人本体进行的移动控制和姿态控制采用的是不同的推进器阵列，也即利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整所述机器人本体的姿态，与利用设置在机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，所使用的是不同的推进器阵列。以水下机器人包括三组推进器阵列为例，利用设置在机器人本体侧面，分别位于前端和后端的两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的前端指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面，位于中端的一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点。
本发明实施例通过机器人本体侧面设置的至少三组推进器阵列，且每组推进器阵列包括两个沿机器人本体的中轴线对称设置的推进器组件，使得推进器组件在至少三个推进方向上向所述水下机器人提供推动力，实现了对水下机器人位置和姿态的控制，尤其是全角度的悬停控制和移动控制，机器人本体可以任意姿态移动至目标位置点，极大地提高了水下机器人的运动灵活性，提高了控制精度。
实施例三
图3是本发明实施例三提供的一种水下机器人的控制装置的结构框图，该装置包括：目标位置获取模块310。和位姿调整模块320。
目标位置获取模块310，用于获取目标位置点坐标；
位姿调整模块320，用于利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的机头指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点；
或利用设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列移动所述机器人本体，以使所述机器人本体以任意姿态移动到所述目标位置点；
其中，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；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。
本发明实施例通过机器人本体侧面设置的至少三组推进器阵列，且每组推进器阵列包括两个沿机器人本体的中轴线对称设置的推进器组件，使得推进器组件在至少三个推进方向上向所述水下机器人提供推动力，实现了对水下机器人位置和姿态的控制，尤其是全角度的悬停控制和移动控制，机器人本体可以任意姿态移动至目标位置点，极大地提高了水下机器人的运动灵活性，提高了控制精度。
上述装置可执行本发明任意实施例所提供的水下机器人的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种水下机器人，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。
2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述壳体与所述机器人本体连接。
3.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述壳体通过固定机构与所述机器人本体连接；
所述固定机构包括依次连接的固定部件、延伸部件以及承载部件；所述固定部件用于与所述机器人本体固定连接，所述承载部件用于承载所述推进机构；
其中，每组推进器阵列中的两个固定机构，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。
4.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述水下机器人具体包括三组推进器阵列，分别位于所述中轴线同侧前端和后端的两个推进器组件的推进方向与垂直于所述中轴线所在平面方向的夹角值之和为零。
5.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，每组推进器阵列中的两个推进器组件为相同功率的推进器组件。
6.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述水下机器人还包括设置于所述机器人本体底面和/或顶面的推进器组件。
7.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述推进器组件包括螺旋桨式推进器。
8.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述推进机构包括电机；所述电机正转时提供的推进力和反转时提供的推进力在推进方向上相反。
9.一种水下机器人的控制方法，其特征在于，包括：
获取目标位置点坐标；
利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的机头指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点；
或利用设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列移动所述机器人本体，以使所述机器人本体以任意姿态移动到所述目标位置点；
其中，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；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。
10.一种水下机器人的控制装置，其特征在于，包括：
目标位置获取模块，用于获取目标位置点坐标；
位姿调整模块，用于利用设置在机器人本体侧面的至少两组推进器阵列调整机器人本体的姿态，以使所述机器人本体的机头指向所述目标位置点，再利用设置在所述机器人本体侧面的至少一组推进器阵列推动所述机器人本体移动，以使所述机器人本体到达所述目标位置点；
或利用设置在所述机器人本体侧面的至少三组推进器阵列移动所述机器人本体，以使所述机器人本体以任意姿态移动到所述目标位置点；
其中，每组推进器阵列包括：两个推进器组件；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。
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