[發明專利]一種水下機器人移動式對接回收的路徑規劃方法及裝置

有效

• 申請號: 202010198550.4
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111208845B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 李柯垚;李曄;姜言清;崔林濤;武皓微
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理有限公司 11473
• 代理人: 吳航

本發明提供了一種水下機器人移動式對接回收的路徑規劃方法及裝置，涉及水下機器人領域，包括：獲取第一定位信息、第二定位信息以及水動力參數；根據第一定位信息和水動力參數，建立空間六自由度運動模型；根據第二定位信息設置位置引力點和姿態引力點，確定虛擬引力；根據虛擬引力，確定推力、垂直舵力以及水平舵力；將推力、垂直舵力以及水平舵力帶入空間六自由度運動模型，確定待回收水下機器人的下一時刻位姿，并獲取移動塢站的下一時刻位姿；判斷兩者下一時刻位姿是否達到一致，若達到，則結束路徑規劃任務。本發明針對欠驅動水下機器人的移動式對接，提供了高效準確的路徑規劃方法，保證移動對接的可靠性，有效地減輕了人員操作負擔。

技術領域

本發明涉及水下機器人領域，具體而言，涉及一種水下機器人移動式對接回收的路徑規劃方法及裝置。

背景技術

隨著我國航海事業的發展，越來越多的深海探測任務需要水下機器人(Autonomous?Underwater?Vehicle，簡稱AUV)的參與，比如水下偵查、海底施工、大范圍且長航程的工作網絡擴展和組建等工作。由于現有的水下通訊能力的限制性以及自身能源的有限性，AUV在深海執行任務的過程中，在能源系統警告、作業數據容量飽和或者先期任務完成之后，需要與塢站進行對接動作，以此完成AUV與塢站之間的能量交換、數據上傳、任務下載、位置矯正或載體維護等任務。自主水下對接技術是完成AUV與塢站之間對接的關鍵技術，在種種深海探測任務中起著至關重要的作用，而AUV在與塢站的對接過程中，容易受到了如作業深度和范圍受限等諸多不利因素的影響。如何排除這些影響，實現高效率、高精度的自主水下對接技術是水下機器人領域中需要探索的重要問題。

現有的、較為成熟的自主水下對接技術主要是以固定式對接為主，即AUV完成階段性工作后，歸航并對接到某一固定在水下特定位置的塢站中。固定式對接對路徑規劃和跟蹤控制的要求相對較低，對接成功率高，但一方面，固定式對接往往需要提前布置好回收裝置，靈活性不高，不適宜完成復雜的深海探測任務；另一方面，固定式對接的對接裝置設計復雜，且容易受海洋附著物的影響，維護難度較大。由此，一種移動式自主水下對接技術應運而生。

移動式自主水下對接技術是指對接裝置處于運動狀態下，AUV與對接裝置完成對接。一般而言，對接裝置搭載于大型水下航行器上，移動式自主水下對接技術要求AUV能在回收過程中能準確捕捉大型水下航行器的位姿信息，同時也對兩個相對運動物體的路徑規劃和跟蹤控制提出了更高的要求。因而，在移動式自主水下對接技術中，實現準確且高效的對接路徑路徑規劃是必不可少的。

水下機器人根據驅動特性即推力器的配置分為全驅動、欠驅動和過驅動。欠驅動AUV在絕對速度較快時，舵效高，操縱性能好，出于制造成本和能源消耗的考慮，執行探測任務時一般采用欠驅動AUV。因此，有必要針對欠驅動AUV，提出一種可靠實用的移動式自主水下對接路徑規劃的方法。

綜上，現有的自主水下對接技術主要是以固定式對接為主，存在靈活性低、成本過高的缺陷。為了實現低成本、高準度的自主水下對接，一種針對水下機器人的移動式對接回收的路徑規劃方法亟待提出。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題。為達上述目的，本發明提供了一種水下機器人移動式對接回收的路徑規劃方法，包括：

獲取回收水下機器人的第一定位信息、移動塢站的第二定位信息以及所述待回收水下機器人的水動力參數；

根據所述第一定位信息和所述水動力參數，建立所述待回收水下機器人的空間六自由度運動模型；

根據所述第二定位信息設置位置引力點和姿態引力點，根據所述位置引力點和所述姿態引力點確定虛擬引力,其中，所述位置引力點用于劃分距離范圍，所述姿態引力點用于劃分角度范圍；

根據所述虛擬引力，確定所述待回收水下機器人的推力、垂直舵力以及水平舵力；