Diseño, Modelado y Control Basado en MPC de un Robot Submarino de Propulsión Totalmente Vectorizada
Autores: Gao, Tianzhu; Luo, Yudong; Zhao, Na; Gao, Yufu; Li, Shengze; Fu, Xianping; Luo, Xi; Shen, Yantao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Diseño, Modelado y Control Basado en MPC de un Robot Submarino de Propulsión Totalmente Vectorizada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Diseño
Implementación
Robot submarino autónomo
Propulsión vectorizada
Control predictivo de modelos
Mecatrónica
Modelo de dinámica
Proceso de control
ROS
Controlador basado en MPC
Experimentos de seguimiento de trayectoria
Sistema de captura de movimiento
Robustez
Estado de flotación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento presenta el diseño y la implementación de un novedoso robot submarino autónomo con propulsión totalmente vectorizada basada en control predictivo de modelo (MPC) para responder rápidamente a la posición y actitud requeridas para la operación autónoma. Específicamente, se detalla el diseño mecatrónico del diseño de ocho propulsores distribuidos en vector para la propulsión totalmente vectorizada del robot, y se construye la arquitectura de software basada en el sistema operativo del robot (ROS). Luego, se establece el modelo dinámico correspondiente adoptando el enfoque de Fossen para la predicción y optimización del proceso de control. Para lograr el control autónomo, se diseña e implementa un controlador basado en MPC para calcular la entrada de control para el objetivo de control especificado. Finalmente, se llevan a cabo experimentos de seguimiento de puntos de referencia y seguimiento de trayectorias en un tanque interior equipado con un sistema de captura de movimiento para validar la viabilidad y efectividad del diseño y marco de control del robot. Además, se verifica la robustez del sistema del robot perturbando artificialmente al robot en estado de suspensión.
Descripción
Este documento presenta el diseño y la implementación de un novedoso robot submarino autónomo con propulsión totalmente vectorizada basada en control predictivo de modelo (MPC) para responder rápidamente a la posición y actitud requeridas para la operación autónoma. Específicamente, se detalla el diseño mecatrónico del diseño de ocho propulsores distribuidos en vector para la propulsión totalmente vectorizada del robot, y se construye la arquitectura de software basada en el sistema operativo del robot (ROS). Luego, se establece el modelo dinámico correspondiente adoptando el enfoque de Fossen para la predicción y optimización del proceso de control. Para lograr el control autónomo, se diseña e implementa un controlador basado en MPC para calcular la entrada de control para el objetivo de control especificado. Finalmente, se llevan a cabo experimentos de seguimiento de puntos de referencia y seguimiento de trayectorias en un tanque interior equipado con un sistema de captura de movimiento para validar la viabilidad y efectividad del diseño y marco de control del robot. Además, se verifica la robustez del sistema del robot perturbando artificialmente al robot en estado de suspensión.