【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水陆多栖无人平台，具体而言，涉及一种水陆多栖无人平台及其运动控制方法。
技术介绍
1、随着世界经济的发展和国防建设的需要，大力发展海洋经济、开发海洋资源和加强海洋军备建设已经是大势所趋。但是随着海洋开发的深入和军备建设的进一步需求，需要一种能在人类无法到达或者有害环境中工作，搭载多种功能设备，既能在水中航行又能在水底爬行陆上行进的多栖无人运载平台来完成海洋环境观测、海底地形绘制、水中救援、无人岛屿登陆作战、军事探查等任务。
2、目前，普通机器人只能在水中或者陆地上运动，无法进行切换的多栖运动，综合作业能力差；结合国内外发展现状，以仿生式和轮桨式为主的多栖航行器存在越障性能差、容易打滑、可扩展性差、环境适应力、操控性差的问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、为了解决现有多栖航行器存在越障性能差、容易打滑、可扩展性差、环境适应力、操控性差的问题。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种水陆多栖无人平台，包括上平台、水中推进装置和陆上动力装置，
5、所述上平台包括封闭的电子舱和电子舱外的外部框架，所述电子舱设置在外部框架中心处，电子舱内设有被控系统、导航定位系统、通讯系统和电源控制系统，所述外部框架上设有水中推进系统，所述上平台的下方设有陆上动力装置；
6、所述水中推进系统包括对称设置在多栖无人平台艉部中轴线两侧的左主推进器和右主推进器，还包
7、所述陆上动力系统包括履带底盘和履带底盘下方设置的两个履带组件，每个履带组件均包括主动轮、引导轮、负载轮、履带和履带电机，若干个负载轮均匀布设在主动轮和引导轮之间，且主动轮和引导轮均位于两端负载轮的斜上方，所述履带包裹在主动轮、引导轮和若干个负载轮外侧，所述履带电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮、引导轮和负载轮均与履带底盘转动连接。
8、进一步地，所述被控系统包括运动计算机、任务计算机和导引计算机，所述运动计算机用于多传感器数据处理，进行多栖无人平台本体位姿控制命令计算；所述任务计算机用于执行任务规划，并进行网络通信和故障监测；所述导引计算机用于给出制导指令，包括期望航向、期望速度和期望深度。
9、进一步地，所述导航定位系统，包括电子舱内的gps模块、惯导传感器以及位于电子舱外的多普勒传感器和深度计；用于对多栖无人平台进行定位和姿态计算；所述通讯系统包括wifi通讯模块和无线通讯模块，用于多栖无人平台通过通讯系统与上位机连接。
10、进一步地，所述电源控制系统包括总单片机控制板卡和继电器矩阵板卡，总单片机控制板卡的每个引脚用于控制一个继电器开关进而控制各个模块的供电；所述电子舱采用双电源供电，所述电源为蓄电池。
11、进一步地，所述履带底盘的上方设有若干个浮力块。
12、进一步地，所述履带电机由履带底盘上设置的蓄电池供电，所述履带底盘设置有水密的控制舱，控制舱内设有履带单片机，所述履带单片机用于控制履带电机并通过有线网络连接与被控系统通信。
13、进一步地，对于被控系统，设置基于rbf神经网络整定的pid控制器，包括，
14、设x＝[x1,x2,...,xn]t为网络输入向量，隐含层节点径向基向量为h＝[h1,h2...,hm]t，hj为高斯基函数：
15、
16、rbf神经网络隐层第j个节点的中心矢量为cj＝[cj1,cj2,...,cjm]t，设rbf神经网络隐层节点基宽向量为b＝[b1,b2,....,bm]t，其中bj为隐层节点j的基宽度参数，且为大于0的数；网络的权向量为w＝[w1,w2,...,wn]t，辨识的网络输出为：
17、ymout＝w1h1+w2h2+...+wmhm
18、设k时刻被辨识系统的理论输出为yout(k)，网络辨识的输出为ymout(k)，则辨识系统性能指标函数为：
19、
20、由梯度下降法得到输出权、节点中心及节点基宽度参数，
21、输出权表达式如下：
22、wj(k)＝wj(k-1)+η(yout(k)-ymout(k))hj+α(wj(k-1)-wj(k-2))+β(wj(k-2)-wj(k-3))其中，η为学习率；α和β均为动量因子，取值范围均为(0，1)；
23、节点基宽变化量δbj为：
24、
25、节点基宽参数bj为:
26、bj(k)＝bj(k-1)+ηδbj+α(bj(k-1)-bj(k-2))+β(bj(k-2)-bj(k-3))
27、节点中心变化量δcji为：
28、
29、节点中心cj为：
30、cji＝cji(k-1)+ηδcji+α(cji(k-1)-cji(k-2))+β(cji(k-2)-cji(k-3))
31、其中，cj＝[c11,c12,c13…c1m]；
32、pid参数调整算法如下：
33、控制误差为：
34、error(k)＝u(k)-yout(k)
35、其中，u(k)为被控系统输入，yout(k)为被控系统输出；
36、三个pid输入为：
37、xc(1)＝error(k)-error(k-1)
38、xc(2)＝error(k)
39、xc(3)＝error(k)-2error(k-1)+error(k-2)
40、神经网络整定指标为：
41、
42、由梯度下降法，得到三个参数kp,ki,kd的调整量分贝为：
43、
44、
45、
46、其中，为对象的输出对控制输入变化的灵敏度；kp为比例增益项，ki为积分增益项，kd为微分增益项；
47、
48、本专利技术一种水陆多栖无人平台的运动控制方法，包括以下步骤：
49、s100、当多栖无人平台在水中运动时，仅使用推进系统驱动，采用欠驱动控制的方式将运动分解为水平面运动和垂直面运动；通过被控系统控制艏垂直推进器和艉垂直推进器的推力大小来使多栖无人平台定深；通过被控系统控制艏水平推进器和艉水平推进器的推力大小来控制多栖无人平台转艏和航行，通过控制推进器的推力输出改变多栖无人平台的前进速度；
50、s200、当多栖无人平台在陆地运动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水陆多栖无人平台，其特征在于：包括上平台、水中推进装置和陆上动力装置，
2.根据权利要求1所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述运动计算机用于多传感器数据处理，进行多栖无人平台本体位姿控制命令计算；所述任务计算机用于执行任务规划，并进行网络通信和故障监测；所述导引计算机用于给出制导指令，包括期望航向、期望速度和期望深度。
3.根据权利要求2所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述导航定位系统，包括电子舱(4)内的GPS模块、惯导传感器以及位于电子舱外的多普勒传感器(508)和深度计；用于对多栖无人平台进行定位和姿态计算；所述通讯系统包括WiFi通讯模块和无线通讯模块，用于多栖无人平台通过通讯系统与上位机连接。
4.根据权利要求3所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述电源控制系统包括总单片机控制板卡和继电器矩阵板卡，总单片机控制板卡的每个引脚用于控制一个继电器开关进而控制各个模块的供电；所述电子舱(4)采用双电源供电，所述电源为蓄电池。
5.根据权利要求4所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述履带底盘(2
6.根据权利要求5所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述履带电机由履带底盘(2)上设置的蓄电池供电，所述履带底盘(2)设置有水密的控制舱，控制舱内设有履带单片机，所述履带单片机用于控制履带电机并通过有线网络连接与被控系统通信。
7.根据权利要求6所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：对于被控系统，设置基于RBF神经网络整定的PID控制器，包括，
8.一种权利要求1-7中任一权利要求所述的水陆多栖无人平台的运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种水陆多栖无人平台的运动控制方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种水陆多栖无人平台，其特征在于：包括上平台、水中推进装置和陆上动力装置，
2.根据权利要求1所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述运动计算机用于多传感器数据处理，进行多栖无人平台本体位姿控制命令计算；所述任务计算机用于执行任务规划，并进行网络通信和故障监测；所述导引计算机用于给出制导指令，包括期望航向、期望速度和期望深度。
3.根据权利要求2所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述导航定位系统，包括电子舱(4)内的gps模块、惯导传感器以及位于电子舱外的多普勒传感器(508)和深度计；用于对多栖无人平台进行定位和姿态计算；所述通讯系统包括wifi通讯模块和无线通讯模块，用于多栖无人平台通过通讯系统与上位机连接。
4.根据权利要求3所述的一种水陆多栖无人平台，其特征在于：所述电源控制系统包括总单片机控制板卡和继电器矩阵板卡，总单片机控制板卡的每...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏健，钟博，张彦斌，陆振伟，宋少峥，查显松，杨华龙，黄卫权，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。