JPS6388603A - Traveling control method for marine robot - Google Patents

Traveling control method for marine robot

Info

Publication number
JPS6388603A
JPS6388603A JP61233259A JP23325986A JPS6388603A JP S6388603 A JPS6388603 A JP S6388603A JP 61233259 A JP61233259 A JP 61233259A JP 23325986 A JP23325986 A JP 23325986A JP S6388603 A JPS6388603 A JP S6388603A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
robot
thrust
control
posture
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP61233259A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0562764B2 (en
Inventor
Isamu Uchihara
内原 勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP61233259A priority Critical patent/JPS6388603A/en
Publication of JPS6388603A publication Critical patent/JPS6388603A/en
Publication of JPH0562764B2 publication Critical patent/JPH0562764B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain the holding of a stable position and the traveling even when a robot changes its posture in the work environment having a tide, etc., by outputting a vector sum of a thrust to achieve a target and a thrust to cancel a force to operate to the robot as the thrust of the robot. CONSTITUTION:The thrust due to a control gain to minimize a secondary performance evaluation function to vary a deviation to a target value and a control input and the thrust to cancel an external force received since the robot changes its posture are obtained by referring to the table prepared beforehand. By the adding arithmetic means 16, the vector sum of these two thrusts is obtained and the robot is promoted. For this reason, when the position holding and traveling operation are executed for the robot inside where the flow of a fluid of a tide, etc., exists, the robot can be operated by the thrust to compensate the collapse of the balance of the external force received from the fluid due to the posture change. Thus, the action of the moving, posture maintenance, etc., of the robot can be stably controlled and the smoothing of the work in the fluid by the robot can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、海中並びに水中を3次元的に位置、姿勢保持
並びに走行するロボットの運動を制御する方法に関する
ものであり、更に詳細には潮流等によってロボットが受
ける影響を補償した制御方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for controlling the motion of a robot that maintains its position, posture, and moves three-dimensionally in the sea and underwater, and more specifically, The present invention relates to a control method that compensates for the effects on the robot due to such factors.

〔従来技術〕[Prior art]

近年、各種の海洋開発、海洋石油生産プラットホーム等
の海中構造物、海中接地機器等の保守、点検、整備作業
等を従来のダイパーに代りロボットが行うようになり、
この手の海洋開発支援の海中ロボットは今後はますます
普及するものと考えられる。
In recent years, robots have begun to replace conventional dippers in the maintenance, inspection, and repair work of various offshore developments, underwater structures such as offshore oil production platforms, and underwater grounding equipment.
It is thought that this type of underwater robot that supports ocean development will become more and more popular in the future.

これらのロボットには、軌道上を走行して移りJするも
の、海底を移動するもの等も使用されているが、今後、
ダイパーのように海中を自由に遊泳できるロボットがま
すます必要になることが予想され、各種のロボットの開
発が行われている。
Some of these robots are those that move on orbits and those that move on the ocean floor, but in the future,
It is expected that there will be an increasing need for robots like Daiper that can swim freely in the sea, and various robots are being developed.

海中を遊泳するロボットが作業する環境は、潮流等の流
れや海中建造物により生じるカルマン渦、その他各種の
水流の影響を受ける。一般にロボットの形状は、円板伏
等水の抵抗を受ける方向によって作用する力が著しく異
なる場合が多く、位置保持並びに走行制御中に、ロボッ
トの姿勢を変化させると前記のように水流から受ける力
が急変してバランスを失い目標(位置又は走行ルート)
を外れて流され、又場合によっては制御不能になる等の
問題がある。
The environment in which a robot swimming underwater works is affected by currents such as currents, the Karman vortex caused by underwater structures, and various other water currents. In general, the shape of a robot is such that the force acting on it differs markedly depending on the direction in which it receives water resistance, such as a circular disc.If the robot changes its posture during position maintenance and travel control, the force it receives from the water flow as described above increases. The target (position or driving route) suddenly changes and loses balance.
There are problems such as the machine becoming uncoupled and being swept away, and in some cases becoming uncontrollable.

したがって、従来からこの種のロボット走行、姿勢等の
制御方法については、潮流に対してロボットの姿勢を変
えない方法が採られていて、海中でのロボットの活動は
非常に制限されている。しかしながら潮流中で自動的に
位置・姿勢保持並びに走行し作業するロボットの好適な
制御方法は未だ得られていない。したがって、ダイパー
が潮流に流されたり、カルマン渦に巻き込まれる危険の
ある海域での作業をロボットに完全に置き換えるには至
っていない。
Therefore, conventional methods for controlling the movement, posture, etc. of this type of robot have been to prevent the robot's posture from changing in response to tidal currents, and the activities of the robot under the sea are extremely limited. However, a suitable control method for a robot that automatically maintains its position and posture and runs and works in tidal currents has not yet been obtained. Therefore, robots have not yet been able to completely replace work in ocean areas where there is a risk of the dialer being swept away by currents or caught in the Karman vortex.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、以上の問題点の解決のために成されたもので
、潮流等、水の流れのある作業環境中でロボットが位置
保持並びに走行制御中に自由に姿勢を変更してもロボッ
トがバランスを失う危険がなく、しかも安定した位置保
持並びに走行が可能な制御方法を提供することを目的と
している。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems.In a working environment where there is a flow of water such as a tidal current, the robot can maintain its position even if it freely changes its posture while controlling its movement. The object of the present invention is to provide a control method that allows stable position maintenance and running without the risk of losing balance.

〔発明の構成テ 以上の目的を達成するための本発明の海中ロボットの3
次元制御方法の構成は、流れのある流体中を遊泳するた
めのロボットの制御においで、 (a)時刻kにおける制御入力u (k)と時刻に、 
+ 1における目標値に対する偏差e (k+1>とを
変数とする2次形の性能評価関数Jを設定し、この性能
評価関数Jが極小となる制御ゲインGを決定し、このゲ
インGと状態推定値Xとから最適制御入力Uを式u=−
G=Xから求め、目標に対する偏差eにフィードバック
させて目標を達成する推力Tcを算出し、且つ、(b)
前記E1ポットが姿勢を変更した際、前記ロボットに対
する前記潮流の流速及び流向により1コボソトに作用す
る力を打ち消す推力■bを、予め前記ロボットの仰角α
と横滑り角βとの関数として準備した三次元流体抵抗及
びモメント係数テーブルから求める係数C1j(α、β
)と前記潮流の流速Vcから算出し、 (c)前記2つの推力のベクトル和T=Tb+Tcを前
記ロボットの推力として出力することを特徴としている
[Constitution of the invention] 3. The underwater robot of the present invention for achieving the above objects.
The configuration of the dimensional control method is that in controlling a robot to swim in a flowing fluid, (a) control input u (k) at time k and time,
Set a quadratic performance evaluation function J with the deviation e (k+1>) from the target value at The optimum control input U is calculated from the value X using the formula u=-
Calculate the thrust force Tc that achieves the target by finding it from G=X and feeding it back to the deviation e from the target, and (b)
When the E1 pot changes its attitude, the thrust force ■b that cancels the force acting on the robot for one column due to the velocity and direction of the current is determined in advance at the elevation angle α of the robot.
The coefficient C1j (α, β
) and the current velocity Vc of the tidal current, and (c) the vector sum of the two thrusts T=Tb+Tc is output as the thrust of the robot.

本発明において、前記のGをゲインとする最適フィード
バック制御Uを求める演算は、ベルマ〕/の最適性の原
理に基づくダイナミックプログラミングン手法を利用し
て行われる。
In the present invention, the calculation for obtaining the optimal feedback control U using G as the gain is performed using a dynamic programming method based on the optimality principle of Verma.

本発明を実施するに際し、前記推力Te(以下最適制御
推力という)を算出する際の前記の2次性能評価関数は
、例えば次の式 %式%))(1) 但し、(1)式においてw (w≧0)は重み係数を表
す。
When carrying out the present invention, the above-mentioned secondary performance evaluation function when calculating the thrust force Te (hereinafter referred to as optimal control thrust) is, for example, the following formula (%)) (1) However, in formula (1), w (w≧0) represents a weighting coefficient.

そして、この最適制御推力を求める実際の手順を以下に
示す。なお説明の便宜のため位置P及び姿勢Oを目標値
とする場合について説明する。地面固定座標系(XE 
YE ZE系)において、目標値Poと観測により達成
される推定値P等との偏差値を修正するに必要な推力]
゛C#づき状態推定値アルゴリズム(観測器)によりロ
ボットの状態推定値X(ロボットの位置、速度、加速度
、姿勢角、角速度、角加速度の推定値を示す。)を算出
し、更にこの推定値Xに対し、前記2次形の性能評価関
数Jを最小にする制御ゲインGを乗算した最適制御u=
−G−Xから演算される推力Tc’とから潮流等の影グ
で発生した偏差(ドリフト等)を補償する推力Tcを算
出する。
The actual procedure for determining this optimal control thrust is shown below. Note that for convenience of explanation, a case will be described in which the position P and the orientation O are set as target values. Ground-fixed coordinate system (XE
YE ZE system), the thrust required to correct the deviation value between the target value Po and the estimated value P etc. achieved by observation]
゛Calculate the robot's state estimate X (indicates the estimated values of the robot's position, velocity, acceleration, attitude angle, angular velocity, and angular acceleration) using a C#-based state estimation value algorithm (observer), and further calculate this estimated value Optimal control u = X multiplied by control gain G that minimizes the quadratic performance evaluation function J
A thrust force Tc that compensates for deviations (drift, etc.) caused by influences such as tidal currents is calculated from the thrust force Tc' calculated from -G-X.

前記推力TCの算出手段は任意であるが、CPUによる
制御装置では、例えば、最適制御推力TcをTc’−T
c’として算出し、更にこのTcを実測に基づく現在位
置、姿勢の推定値度計算し、この結果をロボットに出力
するようにすることができる。この最適制御推力Tcに
よるロボットの制御動作を繰り返すことにより目標値か
らの偏差値が逐次ゼロとなるように修正される。
Although the means for calculating the thrust force TC is arbitrary, in a CPU-based control device, for example, the optimal control thrust force Tc is calculated by Tc'-T.
c', and further calculates this Tc as an estimated value of the current position and orientation based on actual measurements, and outputs this result to the robot. By repeating the robot control operation using this optimal control thrust Tc, the deviation value from the target value is successively corrected to zero.

下ダイナミックバランス推力という)を算出するには、
まず前記の流体抵抗及びモメント係数C1j(α、β)
を3次元流体抵抗及びモメント係数テーブルから求める
必要がある。その方法は、ロボットの対水速度■とロボ
ットの状態推定アルゴリズムより推定したロボットの絶
対速度V′より潮流方向α、β及び潮流速度Vcを求め
る。この潮流方向α、βにより、前記テーブルからC1
j(α、β)を検索する。
To calculate the lower dynamic balance thrust,
First, the fluid resistance and moment coefficient C1j (α, β)
needs to be determined from a three-dimensional fluid resistance and moment coefficient table. In this method, the tidal current directions α, β, and tidal current velocity Vc are determined from the robot's water velocity (1) and the robot's absolute velocity V' estimated by the robot state estimation algorithm. Based on the current directions α and β, C1
Search for j(α,β).

前記テーブルは、例えば、当該ロボットを水槽に入れて
一定方向からの水流に対し種々の姿勢としたときに受け
る力を実測して求めることができる。このようにして求
めた流体抵抗及びモメント係数は、前もって制御装置内
に記憶される。そして、前記グイナミソクバランス推力
は、機体固定座標系(XIRYRZR系)において3次
元のx、y、z軸に対する分力と、各軸の回りのモメン
ト(φ、θ、ψでそれぞれX。
The table can be determined, for example, by actually measuring the force that the robot receives when it is placed in a water tank and held in various postures against water flowing from a certain direction. The fluid resistance and moment coefficient determined in this way are stored in advance in the control device. The Guinamisoku balance thrust is composed of component forces with respect to the three-dimensional x, y, and z axes in the aircraft fixed coordinate system (XIRYRZR system) and moments around each axis (X in φ, θ, and ψ, respectively).

y、z各軸面りを表現する)をそれぞれTbx。(representing the y- and z-axis planes) are each Tbx.

ると、 ・ρ・■C2・Vb(21 ・ρ・V e 2− V b  (3)但し、式中Vc
は流速、vbは無次元化基準体勢 積、vbは無次元化基準面積をそれぞれ表す。
Then, ・ρ・■C2・Vb(21 ・ρ・V e 2− V b (3) However, in the formula, Vc
is the flow velocity, vb is the dimensionless reference volume, and vb is the dimensionless reference area.

なお、前記係数C1j(α、β)は、ロボットの潮流に
対する相対的角度である仰角α、横滑り角βによって表
現することにより絶対的姿勢を考慮することなくTbを
もとめることが可能である。
Note that by expressing the coefficient C1j (α, β) using an elevation angle α and a sideslip angle β, which are angles relative to the robot's tidal flow, Tb can be obtained without considering the absolute posture.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を′対照して一実施例により本発明のロボット
制御方法を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The robot control method of the present invention will be explained below by way of an embodiment with reference to the drawings.

第1図は、本実施例の対象とするロボットに搭載された
制御装置の制御演算処理の内容を示すブロック図であり
、図の点線内はコンピュータからなるTb及びTc演算
の制御ブロックを示しており、第2図は制御のソフトウ
ェアの全体的構成を示すブロック図である。゛ 本実施例に使用のロボットは3つの制御モードに従って
操作されるように構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the contents of the control calculation processing of the control device mounted on the robot targeted for this embodiment, and the dotted line in the figure shows the control block for Tb and Tc calculations made of a computer. FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of control software. ``The robot used in this embodiment is configured to be operated according to three control modes.

即ち、第1図に示すように位置、姿勢制御モードによる
制御手段1、定速度ルートトラッキング制御モードによ
る制御手段2及び壁面フォロー制御モードによる制御手
段3の各動作を選択することができる。そして、これら
の各制御モードを、オペレータは切換操作手段4によっ
て作業手順に従い適宜選択する。この切換操作手段4は
、遠隔操作によって作業中随時切換可能である。したが
って、この選択操作によってロボットに設けられた制御
装置に予め入力されたプログラムから当該作業手順のプ
ログラムが実行される。
That is, as shown in FIG. 1, each operation of the control means 1 in the position and attitude control mode, the control means 2 in the constant velocity route tracking control mode, and the control means 3 in the wall follow control mode can be selected. Then, the operator appropriately selects each of these control modes using the switching operation means 4 according to the work procedure. This switching operation means 4 can be switched at any time during work by remote control. Therefore, by this selection operation, the program for the work procedure is executed from the program input in advance to the control device provided in the robot.

なお、前記位置、姿勢制御モードは、地面固定座標系(
XE YE Zrs系)においてロボットの現在位置、
姿勢状態によりオペレータが新たに設定した海中位置及
び姿勢にロボットを移動させるための制御モードであり
、ロボットが辿り着くべき位置P (3次元の位置:x
、y、z)及びロボットの方位、即ち姿勢O(海中に固
定された3次元座標の各軸に対する角度:φ、θ。
Note that the position and attitude control mode is based on the ground-fixed coordinate system (
XE YE Zrs system), the current position of the robot,
This is a control mode to move the robot to a new underwater position and attitude set by the operator depending on the attitude state, and the position P (3-dimensional position: x) that the robot should reach is
, y, z) and the orientation of the robot, that is, the posture O (angles with respect to each axis of the three-dimensional coordinates fixed in the sea: φ, θ.

ψ)を指定するものである。本実施例におけるこのモー
ドで制御するだめの指定は、位ip及び姿勢Oについて
最終的に制御したい値を指定し、移り1速度Uは指定j
2なかった。
ψ). To specify whether to control in this mode in this embodiment, specify the final control values for position ip and attitude O, and specify the movement 1 speed U by specifying j
There was no 2.

定速度ルート・1ラソキ〉′グ制御モードば、ま■(”
第一にロボン1〜を構造物目標位置へオペレータが遠隔
操作により海中空間内に設定したルーI4こ沿、って誘
導し、第二に対象物の近傍に遠隔て設定された目標ルー
l−1から対象物を観察するために、目標ルー川・上を
定速度で走行する制御モー・ドであり、畑面固定座標系
(XFYEZE系)?、における前記位置Po、姿勢O
o及びルー ト方向の移動速度tJを順次、プログラム
によzつ指定するものである。
Constant speed route/1 speed control mode
First, the robot 1 ~ is guided to the target structure position along the route I4 set in the underwater space by the operator by remote control, and second, the robot 1 ~ is guided to the target position of the structure along the route I4 set remotely in the vicinity of the target object. In order to observe the target object from 1, it is a control mode in which the vehicle travels at a constant speed above the target Lou River, and the coordinate system is fixed on the field surface (XFYEZE system). The position Po and attitude O in ,
o and the moving speed tJ in the route direction are sequentially specified by the program.

iii前記前記壁面フロー制御モードは、曲面構造物に
対向し、構造物との距離を一定に保ち、その周囲を定速
移に+3 !、、、、なから対象を観察する作業を行う
ための制御モードであり、対壁面姿勢O、ルート515
向の移動速度Uの外?:、壁面からの保つべき距離■、
を指定するものである。
iii The wall flow control mode faces a curved structure, maintains a constant distance from the structure, and moves around it at a constant speed of +3! ,,,,This is a control mode for observing the object from scratch, with the attitude toward the wall O and the route 515.
Outside the moving speed U in the direction? :, Distance to be maintained from the wall ■,
is specified.

なお、第2図は、前記3つの制御モードの内の位置、姿
勢制御モード1が選択された場合について図示されてい
るが、他のモードが選択された場合も他は全く同様の構
成であることは明らかである。そL2て、本発明に係る
演算手段は第2図の点線で囲んだ目標偏差値演算手段5
1及び推力演算手段52であり、その他は従来のこの種
のロボットの制御に用いられる手段によって構成されて
いるものである。
Note that although FIG. 2 illustrates the case where position and attitude control mode 1 is selected among the three control modes, the other configurations are exactly the same when other modes are selected. That is clear. L2, the calculation means according to the present invention is the target deviation value calculation means 5 surrounded by the dotted line in FIG.
1 and thrust calculation means 52, and the others are constructed by conventional means used for controlling this type of robot.

本発明に係る前記演算手段51及び52に与えるデータ
は、プログラムに基づきロボットが取るべき位置Po 
 (3次元的)の目標値、ロボットが向くべき方位、即
ち姿勢Oo 、ロボット状態推定の結果得られるXの中
でロボットの絶対速度の推定値v′であり、説明の順序
としてこの演算手段4及び5にデータを与える各構成か
ら説明することにする。
The data given to the calculation means 51 and 52 according to the present invention is the position Po that the robot should take based on the program.
(three-dimensional) target value, the direction in which the robot should face, that is, the posture Oo, and the estimated value v' of the absolute speed of the robot in X obtained as a result of robot state estimation. and 5 will be explained first.

まず本実施例の制御装置には、前記各モードによる制御
が、作業ルートの障害物により作業不能とならないため
の障害物回避径路演算手段6が備えられており、これに
よって作業中の各制御手段による制御演算結果に適宜修
正が加えられるようになっている。この障害物回避径路
演算手段6に回避すべき障害物として与えられるデ・−
夕としては、予めインプットできる障害に対するモデル
6、とロボットが行動中に装備されている各種センサに
よる障害物検知手段63で検出された検出データ及び潮
流である。
First, the control device of this embodiment is equipped with obstacle avoidance route calculation means 6 to prevent the control in each of the modes from becoming impossible to work due to obstacles on the work route. The control calculation results can be modified as appropriate. The obstacle avoidance path calculation means 6 receives a de-
The data includes a model 6 for obstacles that can be input in advance, and detection data and currents detected by the obstacle detection means 63 using various sensors equipped while the robot is moving.

即ち、前記のデータに基づき該障害物回避径路演算手段
6は、第1図に示したように(第2図はこの部分を省略
記載している)修正のための演算を行い、選択されてい
る制御モードによりそれぞれの前記各制御手段1.2及
び3による演算結果と前記演算手段6による演算結果に
より修正を加える目標修正手段7、ルート修正手段8及
びフォロールート修正手段9を備えている。前記のルー
ト修正手段8及びフォロールート修正手段9による演算
では、ルートに沿う速度Uをロボットの絶対速度Vo 
’に、又、対象物と■ロボットとの相対的距離i、をロ
ボットの絶対的位置Po’に変換する演算も含まれてい
る。
That is, based on the above data, the obstacle avoidance route calculation means 6 performs a calculation for correction as shown in FIG. 1 (this part is omitted in FIG. 2), and calculates the selected The target correcting means 7, route correcting means 8, and follow route correcting means 9 are provided for making corrections based on the calculation results of the respective control means 1.2 and 3 and the calculation results of the calculation means 6, depending on the control mode. In the calculations by the route correction means 8 and the follow route correction means 9, the speed U along the route is converted to the absolute speed Vo of the robot.
' also includes an operation for converting the relative distance i between the object and the robot into the robot's absolute position Po'.

そし7て、前記の各指示値の修正値、p o/。7. Correction values for each of the above-mentioned instruction values, po/.

Oo’、Vo’  (これらは何れもベクトル値)は、
前述したように目標偏差値演算手段5.に与えられる。
Oo', Vo' (both vector values) are
As mentioned above, the target deviation value calculation means 5. given to.

を説明する。ロボット本体には、現在位置の検出手段と
して、慣性航法装置(慣性p) 又は音響測定装置(音
響p )と、ロボットが向いている方位、叩ちロボット
の姿勢を検知するためのジャイロコンパス(ジャイロ0
)と、船速■(対水相対速度)の検出手段として三軸対
水速度計等を備えており、常時、ロボットの位置、姿勢
、速度を検出している。これらの検出値は、周知のよう
に検出器ドリフトと測定のノイズとを含み、そのままデ
ータとして制御装置に入力すると誤動作を生じるので、
測定ノイズについては、従来から行われているようにカ
ルマンフィルタによるノイズフィルタ処理、又ドリフト
については、視覚測位を利用したパターン・マソチング
により定期的にドリフト補償する測定ノイズフィルタ及
びドリフト補償手段11によVが前記演算手段5.及び
52に与えられる。
Explain. The robot body is equipped with an inertial navigation device (inertia p) or an acoustic measurement device (acoustic p) as a means of detecting the current position, and a gyro compass (gyro) to detect the direction the robot is facing and the attitude of the tapping robot. 0
) and ship speed ■ (relative speed with respect to water). It is equipped with a three-axis water speed meter, etc. to detect the robot's position, attitude, and speed at all times. As is well known, these detected values include detector drift and measurement noise, and if they are input as data to the control device, malfunctions will occur.
Regarding measurement noise, noise filter processing is performed using a Kalman filter as conventionally performed, and regarding drift, a measurement noise filter and drift compensation means 11 are used to periodically compensate for drift by pattern masoching using visual positioning. is the calculation means 5. and 52.

又、ロボットの速度は状態推定手段13によって得たX
の中でIロボットの速度の推定値V′が前記演算手段5
1及び5.に与えられる。なお第2図の視覚測位はドリ
フト補償のために行うもので、洋」二の母船に設けられ
たプロセッサが行う。ヌ、フィルタ及びドリフト補償手
段11は、母船に設けられたプロセッサで処理され、こ
れらの結果の各推定値p、o、vはロボットに送られ制
御装置に入力される。
Also, the speed of the robot is determined by X obtained by the state estimating means 13.
The estimated value V' of the speed of the robot I is calculated by the calculation means 5.
1 and 5. given to. Note that the visual positioning shown in Figure 2 is performed for drift compensation, and is performed by a processor installed on the mother ship. The filter and drift compensation means 11 are processed by a processor provided in the mother ship, and the estimated values p, o, v of these results are sent to the robot and input to the control device.

さて次に本実施例におけるダイナミックバランス推力T
b及び最適制御推力Teとを求める演算を第1図に基づ
き説明する。
Now, next, the dynamic balance thrust T in this embodiment
The calculation for determining b and the optimum control thrust Te will be explained based on FIG.

ロボットは選択された各モードに基づき与えられる前記
指示値(Po’、Oo’、Vo’の一部又は全部)に到
達するために必要さする堆力Tc(ベクトル)を演算す
るにあたり、本実施例では、前記目標偏差値演算手段5
1、推力変換演算手段12、状態推定手段13.、多変
数制御ゲイン及び推力変換演算1.段14及び加算演算
手段15の各演算〕1゛段を実行することによってり、
えられる。即ち、目標偏差値演算手段5゜においで指示
値PO′ (以下指示値は「位置」によるものとして説
明する)と実際の到達推定値Pとの偏差値ΔPを演算し
、次いで11↑力変換演算手段12においてこのΔPを
ゼロとするために必要とする推力Tc#を演算する1、
な、お、第2図L;−示した前記111[力演算−1′
−段52は第1図に示す12〜・19の各手段をN←め
て省略記載したものである。
When the robot calculates the force Tc (vector) required to reach the instruction value (part or all of Po', Oo', and Vo') given based on each selected mode, this implementation is performed. In the example, the target deviation value calculation means 5
1, thrust conversion calculation means 12, state estimation means 13. , multivariable control gain and thrust conversion calculation 1. By executing each operation of stage 14 and addition operation means 15] 1 stage,
available. That is, the target deviation value calculating means 5° calculates the deviation value ΔP between the command value PO' (hereinafter, the command value will be explained as being based on "position") and the actual estimated arrival value P, and then 11↑force conversion is performed. 1, in which the calculation means 12 calculates the thrust force Tc# necessary to make this ΔP zero;
By the way, Fig. 2 L; - the above 111 [force calculation-1' shown
- Stage 52 is an abbreviation for each of the means 12 to 19 shown in FIG.

前記演算と平行して前記推定値P、  Oと加減演算手
段15によって得られているTcO値とを状態推定手段
13に与え、ロボッ1−の運動状態を示すXを推定する
。Xの構成は、位置移動に関しては、位置P′、速度v
′、加速度A′、回転運動に関しては、姿勢角0′、角
速度OV′角加速度′6A’である。そしてこの値に基
づき多変数制御ゲイン及び推力変換演算手段14により
前記偏差ΔP、Δ0(制御モードによってはΔ■を含む
)を最適値に修正する修正推力Tcを算出し加算演算手
段15で演算Tc″+Tcを演算し、その結果のTcを
実測に基づく現在位置、姿勢の推定値p、 oと共に再
度状態推定手段13に与え前記演算を繰り返し偏差を最
適番こ修正する。
In parallel with the above calculation, the estimated values P, O and the TcO value obtained by the addition/subtraction calculation means 15 are provided to the state estimation means 13, and X indicating the motion state of the robot 1- is estimated. Regarding the positional movement, the configuration of X is: position P', velocity v
', acceleration A', and rotational motion are attitude angle 0', angular velocity OV', and angular acceleration '6A'. Then, based on this value, the multivariable control gain and thrust conversion calculation means 14 calculates a corrected thrust Tc for correcting the deviations ΔP and Δ0 (including Δ■ depending on the control mode) to the optimum value, and the addition calculation means 15 calculates the corrected thrust Tc. ''+Tc is calculated, and the resulting Tc is given again to the state estimating means 13 along with the estimated values p and o of the current position and orientation based on actual measurements, and the above calculation is repeated to correct the deviation to the optimum number.

次に、ダイナミックバランス推力Tbの演算手段につい
て説明する。この演算は、潮流流入角及び流速演算手段
17、ダイナミックバランス推力演算手段18及び三次
元流体抵抗及びモメント係数テーブル参照手段19の各
演算を実施することによって達成される。
Next, the means for calculating the dynamic balance thrust Tb will be explained. This calculation is achieved by performing calculations by the tidal flow inflow angle and flow velocity calculation means 17, the dynamic balance thrust calculation means 18, and the three-dimensional fluid resistance and moment coefficient table reference means 19.

速度推定値V′とが潮流流入角及び流速演算手段17に
与えられ、ここで、潮流に対するDボッ(・の相対的姿
勢を表す角度、叩ち、ロボットの正面直立方向との成す
角、叩も(m角α及び正面構方向の成す角、即ぢ横滑り
角β及び潮流の絶対流速Vcが算出され、このα及びβ
の値に該当する前記流体抵抗係数C1j(α、β)を三
次元流体抵抗及びモメント係数テーブル参照手段19に
おいて求め、前記VcとC1j(α、β)をダイナミッ
クバランス推力演算手段18に与えて前記式(2)及び
(3)からT bを算出し7、加算演算手段16におい
こiテわれる演算、即ち前記1゛bと前記加算演算’F
)115xこおいて最終的に求められたTcどの和(T
=’rb+”l”C)がロボソ]・に実際にtjえる推
力1゛となる。
The estimated velocity value V' is given to the tidal flow inflow angle and velocity calculation means 17, where the angle representing the relative attitude of the D robot (・) with respect to the tidal current, the angle formed by the robot's front upright direction, and the (The angle formed by the m angle α and the frontal direction, that is, the sideslip angle β and the absolute flow velocity Vc of the current are calculated, and these α and β
The fluid resistance coefficient C1j (α, β) corresponding to the value is determined by the three-dimensional fluid resistance and moment coefficient table reference means 19, and the Vc and C1j (α, β) are given to the dynamic balance thrust calculation means 18 to calculate the Tb is calculated from equations (2) and (3), and the calculation is carried out in the addition calculation means 16, that is, the above 1'b and the addition operation 'F
)115x, the sum (T
='rb+"l"C) becomes the thrust 1゛ actually exerted on the robot.

このようにして得られた値′rは、Iツボ1,1・のプ
ログラムに基づき指示される姿勢、移・肋等の動作をす
る際に出力する推力が、潮流から受ける外力の変化とロ
ボットの■標点からのずれとを?lIi償したものとな
っているので、潮流によりバランスを崩したり、1」標
点から遠ざかったりすることのない制御を行うことがで
きる。
The value 'r obtained in this way is determined based on the change in the external force received from the tidal current and the thrust force output when the robot performs the posture, transfer, rib, etc. actions instructed based on the program of I pressure points 1, 1. ■What is the deviation from the gauge mark? 1Ii compensation, it is possible to perform control without losing balance due to tidal currents or moving away from the 1'' gage.

この推力Tは、iI力配分手段20により、■]ロボッ
ト取り付けられている複数の推進器の各々を駆υJする
1111力乙こ分配するJA算処理を行い、ロボットに
出力する。なお、第2図の記号′■゛′F/Bは推力T
cが正確にスラスタを駆動して4゜いるか否かをチェッ
クするだめのフィードパ7り出力を示している。
This thrust force T is subjected to JA calculation processing by the iI force distribution means 20 to distribute the 1111 force to drive each of the plurality of thrusters attached to the robot, and is output to the robot. In addition, the symbol '■゛'F/B in Fig. 2 is the thrust force T.
c shows the output of the feed pad used to check whether the thruster is being driven accurately by 4 degrees.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したとおり、本発明の水中ロボットの3次元制
御方法の構成は、目標値に対する偏差と制御入力とを変
数とする2次形の性能評価関数を最小とする制御ゲイン
による推力と、ロボットが姿勢を変更し7たために受け
る外力を打ち消す推力を予め作成したテーブルを参照し
て求め、前記2つの推力のヘクトル和によりロボットを
推進させる構成としたために、潮流等の流体の流れが存
在する中でロボットを位置保持並びに走行操作する際に
、姿勢変更による流体から受ける外力のバランスの崩れ
を補償した推力によってロボットを操作することができ
るので、ロボットの移動、姿勢維持等の動作を安定して
制御することが可能となり、ロボットによる流体中の作
業の円滑化が得られるという効果を奏することができる
As explained above, the configuration of the three-dimensional control method for an underwater robot according to the present invention is such that the robot is able to control the thrust by the control gain that minimizes the quadratic performance evaluation function with the deviation from the target value and the control input as variables. The thrust force that cancels out the external force caused by changing the posture is determined by referring to a table created in advance, and the robot is propelled by the hector sum of the two thrust forces. When the robot is held in position and moved, the robot can be operated using thrust that compensates for the imbalance of external forces received from the fluid due to changes in posture. Therefore, it is possible to achieve the effect that the robot can perform operations in the fluid more smoothly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は一実施例による制御装置の制御演算処理の内容
を示すプロ・ツク図、第2図は第1図に示す制御ブロッ
クのラフ1−ウェアの全体的構成を示すブロック図であ
る。 51・・・目標偏差値演算手段、12・・・推力変換演
算手段、13・・・状態推定演算手段、14・−・多変
数制御ゲイン及び(11力変化演算手段、15゜16・
・・加算演算手段、17・・・潮流流入角及び流速演算
手段、18・・・ダイナミックバランス推力演算手段、
19・・・三次元流体抵抗及びモメント係数テーブル参
照手段、R・・・ロボット本体。
FIG. 1 is a block diagram showing the contents of control calculation processing of a control device according to an embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of rough 1-ware of the control block shown in FIG. 1. 51... Target deviation value computing means, 12... Thrust conversion computing means, 13... State estimation computing means, 14... Multivariable control gain and (11 Force change computing means, 15°16.
... Addition calculation means, 17... Tidal flow inflow angle and flow velocity calculation means, 18... Dynamic balance thrust calculation means,
19... Three-dimensional fluid resistance and moment coefficient table reference means, R... Robot body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 海洋における潮流等流れのある流体中を遊泳するための
ロボットの制御において、 (a)時刻kにおける制御入力u(k)と時刻k+1に
おける目標値に対する偏差e(k+1)とを変数とする
2次形の性能評価関数Jを設定し、この性能評価関数J
が極小となる制御ゲインGを決定し、このゲインGとそ
のときの制御入力と実測に基づく前記ロボットの現在位
置、姿勢の推定値とによって得られる状態推定値■とか
ら最適制御入力uを式u=−G・■から求め、目標に対
する偏差eにフィードバックさせて目標を達成する推力
Tcを算出し、且つ、(b)前記ロボットが姿勢を変更
した際、前記ロボットに対する潮流の流速及び流向によ
りロボットに作用する潮流力を打ち消す推力■bを、予
め前記ロボットの対潮流仰角αと横滑り角βとの関数と
して準備した三次元流体抵抗及びモメント係数テーブル
から求める係数■ij(α、β)と潮流の流速Vcから
算出し、 (c)前記2つの推力のベクトル和T=Tb+Tcを前
記ロボットの推力として出力することを特徴とする海中
ロボットの走行制御方法。
[Claims] In the control of a robot for swimming in a flowing fluid such as a tidal current in the ocean, (a) a control input u(k) at time k and a deviation e(k+1) from a target value at time k+1; A quadratic performance evaluation function J with variables is set, and this performance evaluation function J
Determine the control gain G at which is the minimum, and calculate the optimal control input u using the equation Calculate the thrust force Tc that achieves the target by calculating it from u=-G・■ and feeding it back to the deviation e from the target, and (b) when the robot changes its posture, based on the flow velocity and direction of the tidal current relative to the robot. The thrust force ■b that cancels the tidal force acting on the robot is determined by the coefficient ■ij (α, β) obtained from a three-dimensional fluid resistance and moment coefficient table prepared in advance as a function of the tidal current elevation angle α and sideslip angle β of the robot. A traveling control method for an underwater robot, comprising: calculating from a current velocity Vc of a tidal current, and (c) outputting a vector sum of the two thrust forces T=Tb+Tc as the thrust force of the robot.
JP61233259A 1986-10-02 1986-10-02 Traveling control method for marine robot Granted JPS6388603A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61233259A JPS6388603A (en) 1986-10-02 1986-10-02 Traveling control method for marine robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61233259A JPS6388603A (en) 1986-10-02 1986-10-02 Traveling control method for marine robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6388603A true JPS6388603A (en) 1988-04-19
JPH0562764B2 JPH0562764B2 (en) 1993-09-09

Family

ID=16952273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61233259A Granted JPS6388603A (en) 1986-10-02 1986-10-02 Traveling control method for marine robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6388603A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02106492A (en) * 1988-10-14 1990-04-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Control thrust distributing device
JP2008052473A (en) * 2006-08-24 2008-03-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Operation control method and device for underwater robot, program and its recording medium
CN106371434A (en) * 2015-07-23 2017-02-01 联想(北京)有限公司 Method for controlling mobile apparatus to maintain balance, and mobile apparatus
WO2020040105A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 日本電気株式会社 Selection device, selection method, and selection program
CN111208841A (en) * 2020-02-27 2020-05-29 中国科学院自动化研究所 Bionic robot fish posture stabilizing device based on reaction wheel

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02106492A (en) * 1988-10-14 1990-04-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Control thrust distributing device
JP2008052473A (en) * 2006-08-24 2008-03-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Operation control method and device for underwater robot, program and its recording medium
CN106371434A (en) * 2015-07-23 2017-02-01 联想(北京)有限公司 Method for controlling mobile apparatus to maintain balance, and mobile apparatus
CN106371434B (en) * 2015-07-23 2020-06-23 联想(北京)有限公司 Method for controlling mobile device to keep balance and mobile device
WO2020040105A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 日本電気株式会社 Selection device, selection method, and selection program
CN111208841A (en) * 2020-02-27 2020-05-29 中国科学院自动化研究所 Bionic robot fish posture stabilizing device based on reaction wheel

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0562764B2 (en) 1993-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3388327B1 (en) Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle
Allotta et al. A new AUV navigation system exploiting unscented Kalman filter
US8571762B2 (en) Real time method for determining the spatial pose of electronic mining shovels
JP5010332B2 (en) Underwater vehicle motion control device and underwater vehicle
CN111351482A (en) Multi-rotor aircraft integrated navigation method based on error state Kalman filtering
Arnold et al. Robust model-aided inertial localization for autonomous underwater vehicles
Salumäe et al. Motion control of a hovering biomimetic four-fin underwater robot
US10921772B2 (en) Equivalent-plane cross-coupling control method
US9145144B2 (en) Inclination detection systems and methods
JPH095104A (en) Method and apparatus for measurement of three-dimensional attitude angle of moving body
Karras et al. Localization of an underwater vehicle using an IMU and a laser-based vision system
US20200193840A1 (en) Marine Propulsion Control System and Method with Proximity-Based Velocity Limiting
Ji et al. Navigation and Control of Underwater Tracked Vehicle Using Ultrashort Baseline and Ring Laser Gyro Sensors.
JPS6388603A (en) Traveling control method for marine robot
KR101435106B1 (en) Localization system of under water robots
Häusler et al. Cooperative AUV motion planning using terrain information
CN114879703B (en) Underwater robot path tracking control method
Kim et al. Dead-reckoning scheme for wheeled mobile robots moving on curved surfaces
Antervedi et al. Terrain-relative diver following with autonomous underwater vehicle for coral reef mapping
Aparna et al. Imu based attitude estimation using adaptive complimentary filter
CN112799414B (en) AUV relaxation trajectory planning method
SE523115C2 (en) Autonomous system for underwater inspection
Gavrilina et al. Attitude Control System of a Highly Maneuverable Hybrid ROV for Ship-Hull Inspection
Zhang et al. An unscented Kalman filter-based visual pose estimation method for underwater vehicles
CN113419545A (en) Underwater robot optimization control method with slippage control

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term