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全向移动式网衣清洗机器人运动控制研究OA

Motion Control of an Omnidirectional Mobile Net-Cleaning Robot

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针对深远海养殖网箱网衣自动化清洗需求,为解决水下机器人控制精度低、抗干扰能力弱的问题,本文对全向移动式网衣清洗机器人的运动控制技术展开系统性研究.基于刚体动力学构建机器人的运动学与动力学模型,并结合推进器布局推导了推力分配解析方程,揭示了执行机构推力与空间运动状态间的映射机理.面向重力式圆柱网箱的作业特点,设计了螺旋线型路径规划与轨迹生成算法,明确了自主洗网作业的时空参考运动轨迹.针对模型参数摄动及海流干扰导致的轨迹跟踪失稳风险,提出了一种模糊增量式PID复合控制策略,利用模糊推理实现对控制参数的在线自整定.仿真试验表明,相较于传统固定增益PID控制器,所提策略在定深巡航、直立保持及自主洗网作业等典型工况下,均展现出更优越的轨迹跟踪精度与抗干扰鲁棒性.研究结果为网衣清洗机器人的工程化应用提供了理论基础与技术支撑.

To meet the demand for automated net cleaning in deep-sea aquaculture cages and to address the problems of low control accuracy and weak disturbance rejection capability of underwater robots,this paper presents a systematic study on the motion control technology of an omnidirectional mobile net-cleaning robot.Based on rigid-body dynamics,the kinematic and dynamic models of the robot were established,and the thrust allocation analytical equations were derived in accordance with the thruster configuration,thereby revealing the mapping mechanism between actuator thrust and the spatial motion states.Considering the operational characteristics of gravity-type cylindrical net cages,a helical path planning and trajectory generation algorithm was designed to define the spatiotemporal reference trajectory for autonomous net-cleaning operations.To mitigate the risk of trajectory tracking instability induced by model parameter perturbations and ocean current disturbances,a fuzzy incremental PID composite control strategy was proposed,which employed fuzzy inference to achieve online self-tuning of the control parameters.Simulation experiments demonstrated that,compared with the conventional fixed-gain PID controller,the proposed strategy exhibited superior trajectory tracking accuracy and disturbance rejection robustness under typical operating conditions,including constant-depth cruising,upright station-keeping,and autonomous net-cleaning.The research results provide a theoretical foundation and technical support for the engineering application of net-cleaning robots.

高勇;刘威;刘凯华;熊师;柴长虹;何林;陈明林;高明宇

广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630广东省现代农业装备研究院,广东 广州 510630||农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室,广东 广州 510630

农业科技

网衣清洗水下机器人推力分配运动规划模糊控制

net cleaningunderwater robotthrust allocationmotion planningfuzzy control

《现代农业装备》 2026 (3)

68-78,109,12

广东省乡村振兴战略专项科技兴农项目(粤财农[2023]227号)

10.3969/j.issn.1673-2154.2026.03.006

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