[發明專利]全驅動自主水下機器人結構及回收三維路徑跟蹤方法

有效

• 申請號: 201810885325.0
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109050835B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 曾慶軍;姚金藝;朱志宇;馬國軍;戴文文
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;G05D1/10;G05B13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種全驅動自主水下機器人結構的回收三維路徑跟蹤方法，全驅動自主水下機器人結構包括艏段(2)，艏部推進段(7)，電子艙段(12)，艉部推進段(15)和主推進段(18)五大部分；整體采用魚雷形流線型結構，艏段(2)與艏部推進段(7)、艏部推進段(7)與電子艙段(12)，電子艙段(12)與艉部推進段(15)、艉部推進段(15)與主推進段(18)同心密封相連；艏段(2)包括探測儀(1)、避碰聲吶(4)和艏段殼體(3)，探測儀(1)通過密封安裝于艏段(2)前部，避碰聲吶(4)通過水密接插件安裝于艏段(2)上部，艏段殼體(3)采用鋁合金6061制造并進行表面硬質氧化處理，艏段殼體(3)采用半球形外形以保證水下機器人具有良好的流線型并兼顧艏部的安裝空間；艏部推進段(7)由艏部側向推進器(5)、艏部垂向推進器(8)和艏部推進段殼體(6)組成，側向推進器(5)水平放置，安裝于艏部推進段(7)前側方，垂向推進器(8)垂直放置，安裝于艏部推進段(7)后上方，驅動電機與推進螺旋槳之間采用磁耦合聯軸器連接；電子艙段(12)由鋰電池(9)、拋載(10)、天線導流罩(13)、電子艙段殼體(11)組成，天線導流罩(13)包括超短基線接收器和天線，鋰電池(9)環繞相連于電子艙段(12)前部，下部通過電磁鐵將拋載(10)垂直固定，后上部通過水密接插件與天線導流罩(13)相連；艉部推進段(15)包括艉部垂向推進器(14)、艉部側向推進器(17)和艉部推進段殼體(16)組成，垂向推進器(14)垂直放置，安裝于艉部推進段(15)前上方，側向推進器(17)水平放置，安裝于艉部推進段(15)后側方，驅動電機與推進螺旋槳之間采用磁耦合聯軸器連接；主推進段(18)由主推進器(19)組成，主推進器(19)采用槳后舵設計；其特征在于，回收控制過程包括以下3個過程：

過程1：直線歸位階段，這個階段是指回收裝置用超短基線定位到AUV開始,進入對接中軸線跟蹤過程,這個過程重點在于利用超短基線提供的相對位置/姿態信息來調整AUV與對接裝置的位置，使得在消耗較短對接中軸線距離的情況下，將AUV航行至中軸線上，同時要考慮到AUV的姿態盡可能的與中軸線一致，利于進一步實時對接；

過程2：直線跟蹤階段，這個階段指是指AUV重心進入中軸線開始直到距離對接口3到5米的階段，在這個階段要保證AUV沿中軸線航行，且艏向角指向對接口；

過程3：艏向調整階段，這個階段是指過程2結束到對接成功的階段，進入此階段需要滿足兩個條件：一是AUV與對接裝置軸線距離小于5米，二是相對位置/姿態偏差超出預設值，如果直線跟蹤階段保持的位置/姿態偏差一直未超過預設值，則略過此階段，直接完成對接，即只有在出現足夠誤差時，才會觸發艏向調整階段。

2.如權利要求1所述的全驅動自主水下機器人結構的回收三維路徑跟蹤方法，其特征在于，其中機器人回收直線歸位階段與直線跟蹤階段的三維路徑跟蹤控制方法包括以下步驟：

步驟1：將回收路徑三維曲線轉化為空間點序列；

步驟2：將空間點序列描述為自主水下航行器的目標跟蹤點，將其轉化為自主水下航行器的慣性坐標系下的坐標，對其進行目標跟蹤；

步驟3：全驅動控制形式的自主水下航行器，對單個目標點進行跟蹤控制，將水下機器人的位置和艏向角與目標點位置和期望艏向值進行對比得到跟蹤誤差，采用改進的非奇異終端模糊滑模算法，輸出為各推進器的推力；

步驟4：進行步驟2目標跟蹤點的更替，并依次運行步驟3完成每個目標點的跟蹤，最終完成空間點序列的跟蹤，實現回收三維路徑跟蹤。