Integrated Tracking Control of an Underwater Bionic Robot Based on Multimodal Motions

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作者
Jian Wang,Zhengxing Wu,Yang Zhang,Shihan Kong,Min Tan,Junzhi Yu
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:54 (3): 1599-1610 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tsmc.2023.3328010
摘要

As a key technology for autonomous underwater operations, precise tracking control in tight space environments is a great challenge. With the aid of high maneuverability of the underwater bionic robot, this article proposes an integrated tracking control framework for a robotic dolphin to move through narrow areas, including top-level planning, middle-level tracking, and bottom-level control allocation. First, a nonlinear model predictive control-based planning method is presented with full consideration of tracking accuracy and obstacle avoidance safety. Second, in order to improve the anti-interference ability, we derive a nonlinear path tracking control law by combining the backstepping technique with a nonlinear disturbance observer. More importantly, through hydrodynamic analysis of the bionic multimodal motions under flippers and flukes, a fuzzy-based nonlinear control allocation system is particularly adopted to convert calculated control forces into bionic motion parameters. Finally, extensive simulations and aquatic experiments are conducted, and the obtained results validate the effectiveness of proposed methods, providing a new idea to further ocean exploration.

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