罗友高，孙涛，陈宏轩，刘捷，周海峰，蒋昌，唐国元

（1.武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064；2. 华中科技大学 船舶与海洋工程学院,武汉 430074）

0 引言

随着工业化和城市化的进展，陆地上可利用的地方变得相对狭小，人类越发关注海洋空间的有效利用[1]。水产养殖是增长最快的食品行业之一，其产量超过了全世界鱼类消费的50%[2]。随着水产养殖行业的发展，人们越来越多地采用深海渔场网箱进行渔业养殖，图1所示是挪威的海上养殖网箱。若养殖网箱的渔网长时间得不到清洗，网孔上将附着大量的海生物，长年累积不仅污染水体，还影响渔场水体交换[3]，因此网箱渔网附着物的清洗已逐渐成为海上养鱼亟待解决的问题。水下清洗机器人能够在设定深度重复执行清洗、观察、检查工作，提高养殖效率，减少运营成本。因此，水下清洗机器人的运动控制研究对于水产养殖行业有着重要意义。

图1 海上养殖网箱

本文所研究的水下机器人采用开架式结构，配备了4个水平推进器和3个竖直推进器以提供动力，通过高压水射流清洗盘进行清洗作业。清洗机器人是一个多输入、多输出的非线性系统，且在清洗作业时，将受到海流、高压水射流反推力、电缆拉力等干扰。本文采用反演算法设计控制器以克服以上问题，通过对机器人的运动进行分析，建立动力学模型，并设计了反演运动控制器，以实现机器人的稳定运动。

1 模型建立

1.1 运动学模型

在讨论ROV的运动之前，需要建立静止坐标系E－ξηζ和运动坐标系O－xyz对于E－ξηζ，规定E取海面中任意一点，Eζ轴的正向指向地心，Eξ轴、Eη轴位于海平面内且相互垂直。……