[發明專利]一種水下機器人不確定流場環境自適應控制系統

在審

• 申請號: 201710425319.2
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107272713A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王曉鳴;林興華;張敏革;武建國
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 姜彥

技術領域

本發明涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種水下機器人不確定流場環境自適應控制系統。

背景技術

隨著經濟的發展，特別是對江河湖海資源的開發和利用，大中型水電站、大壩的修建，以及近海資源探測、利用，對能夠在湖泊、河道、近海穿行作業的小型ROV(微小型、迷你型、常規型)的需求不斷增加，它具有實用價值高、可靠性高、價位低廉等特點。

水域環境的不確定性主要體現在水域的水流場復雜、水體流速是隨機的，這將直接引起ROV本身的不穩定，使操作人員難以控制。這些不確定因素，嚴重影響了小型ROV的應用，因此，迫切需要研究一種提高小型ROV在不確定流場環境下自穩定性的方法。

發明內容

本發明提供了一種水下機器人不確定流場環境自適應控制系統，采用圖像識別技術和多傳感器數據融合技術能夠對不確定的流場環境作出準確估計，結合動力學模型做出準確的動力分配，增強小型ROV自身的抗干擾能力，提高穩定性，從而提高水下機器人對不確定流場環境的適應性。

為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種水下機器人不確定流場環境自適應控制系統，其特征在于，包括圖像識別模塊、羅盤、慣性導航元件、位置信息融合模塊、位置信息輸出模塊、動力分配模塊、自適應控制器和動力學模型，所述的位置信息融合模塊通過圖像識別模塊、羅盤和慣性導航元件對自身位置信息進行獲取，并通過位置信息輸出模塊對以上信息進行融合和處理后傳輸到自適應控制器，自適應控制器結合動力學模型對水下機器人的位姿信息進行評判，并通過動力分配模塊對水下機器人的姿態進行調整。

作為本方案的優選實施例，所述的圖像識別模塊為水下機器人空間位置信息探測元件，羅盤為姿態信息探測元件，慣性導航元件為定位信息探測元件。

作為本方案的優選實施例，所述的位置信息融合模塊的輸出端與慣性導航元件的輸入端相連。

作為本方案的優選實施例，所述的位置信息融合模塊采用Kalman濾波算法對多傳感器信息進行融合和處理。

作為本方案的優選實施例，所述的自適應控制器采用模糊主動自適應原理，結合位置信息輸出模塊和動力學模型相關信息，計算自穩定的動力分配方案。

作為本方案的優選實施例，所述的動力學模型的建立基于兩個右手坐標系，慣性坐標系E-X_eY_eZ_e和動坐標系B-xyz，將待航行物體視為剛體，將水動力、重力、浮力等作為外力，根據坐標系及坐標變換推導出其運動學方程；由動量方程和動量矩方程推導其動力學方程。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

采用圖像識別技術和多傳感器數據融合技術能夠對不確定的流場環境作出準確估計，結合動力學模型做出準確的動力分配，增強小型ROV自身的抗干擾能力，提高穩定性，從而提高水下機器人對不確定流場環境的適應性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本申請實施例的系統結構示意圖。

圖1中：1、圖像識別模塊，2、羅盤，3、慣性導航元件，4、位置信息融合模塊，5、位置信息輸出模塊，6、動力分配模塊，7、自適應控制器，8、動力學模型。

具體實施方式

本發明提供了一種水下機器人不確定流場環境自適應控制系統，采用圖像識別技術和多傳感器數據融合技術能夠對不確定的流場環境作出準確估計，結合動力學模型做出準確的動力分配，增強小型ROV自身的抗干擾能力，提高穩定性，從而提高水下機器人對不確定流場環境的適應性。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。

如圖1所示，一種水下機器人不確定流場環境自適應控制系統，包括圖像識別模塊1、羅盤2、慣性導航元件3、位置信息融合模塊4、位置信息輸出模塊5、動力分配模塊6、自適應控制器7和動力學模型8，所述的位置信息融合模塊4通過圖像識別模塊1、羅盤2和慣性測量模塊IMU3對自身位置信息進行獲取，并通過位置信息輸出模塊5對以上信息進行融合和處理后傳輸到自適應控制器7，自適應控制器7結合動力學模型8對水下機器人的位姿信息進行評判，并通過動力分配模塊6對水下機器人的姿態進行調整。