1。3。2系统动力学建模

1。3。3系统的控制算法研究

1。4本章小结

水下遥作业系统是全球各个国家的专家和学者研究的热点，本文的主要研究对象是水下机器人和机械手组成的水下遥作业系统，重点研究整个作业系统的建模、运动规划、控制算法、协调控制技术等内容。本章主要介绍研究的背景以及意义，阐述一下系统的研究现状以及发展趋势，对研究的难点和重点做个简要的分析。

第二章水下机器人和机械手两个子系统的建模

2。1引言

要研究系统的协调控制，对整个系统进行运动分析以及控制仿真，就必须建立系统的数学模型。本章先对水下机器人和机械手两个子系统分别进行其对应的动力学和运动学分析，并建立相应的数学模型。

首先，要确定水下机器人的空间运动坐标系，进行运动学方程的建立，再分析水下机器人运动时所受到的外力，来得出其动力学方程。

然后，分析机械手的运动，水下机械手和陆地上的机械手所受到的力有所区别，尤其在水动力的分析上水下机械手表现的更为复杂。

本章主要以水下机器人和两关节的机械手为例，分别对两个子系统进行动力学的建模。

2。2水下机器人的运动基础——坐标系的建立

2。2。1两大坐标系（静坐标系和动坐标系）

水下机器人的运动与两大坐标系——静坐标系（大地坐标系）和动坐标系（载体坐标系）有关。如下图1所示：

               图1  静坐标系和动坐标系

注：

（1）静坐标系：

①该坐标系是水下机器人运动的惯性参考坐标系。

②原点E取海面上任意一点。

③轴的正向指向地心，轴的正向指向大地正北，轴与轴载水平面垂直指向大地正东。

（2）动坐标系：文献综述

①是固定在载体上的非惯性坐标系，原点取机器人上的任意一点，一般都取水下机器人的重心。

②轴平行于载体的对称轴指向艏部，轴平行于基面指向其右舷，轴指向其底部。     

 表2。1 动坐标系的符号表示

    向量 X轴 Y轴 Z轴

    力 X Y Z

    力矩 K M N

    速度 u v w

    角速度 p q r

2。2。2．两大坐标之间的相互变换

水下机器人在动坐标系中各个方向上的运动名称如下表：

               表2。2 水下机器人各方向运动名称

X轴 Y轴 Z轴

平移 进退 横倾 升沉

转动 横倾 纵倾 艏摇

注：（1）我们把水下机器人在水底的运动看成是刚体在液体中的运动为前提。则可由动坐标系表示成绕三个轴的旋转和沿三个轴的平移——六个自由度的运动。