[发明专利]一种欠驱动水下机器人远距离精确自主搭载对接控制方法

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人对接回收领域，尤其涉及一种欠驱动水下机器人远距离精确自主 搭载对接控制方法。

背景技术

目前，自主水下机器人得到了世界各国的高度重视，在军事和民用领域发挥了特别关键 的作用。自主水下机器人搭载了能源、控制、探测系统，无须人工干预就能完成海洋环境信 息采集、水中目标探测搜索、海洋科学考察等自主作业。由于载体结构限制，自主水下机器 人携带的能源是有限的，无法长期在水下作业，因此载体释放与回收影响了自主水下机器人 的作业效率。而能源与信息的水下交换技术为延长自主水下机器人作业时间提供了有效的解 决手段。而实现能源与信息的水下交换，其前提是首先要完成自主水下机器人与基站的自主 搭载对接。

为了完成自主搭载对接，需要知道水下机器人与基站的准确的相对位置，并且该信息能 够持续的传递给水下机器人，即引导，然后机器人根据引导信息调整运动状态自主完成与基 站的搭载对接。目前，应用的水下引导方法有光学引导与坐落式声学引导。光学引导相对简 单，但是对水下能见度要求较高，并且由于光在水中的衰减，引导距离十分有限。坐落式水 声引导相对来说作用距离稍远一些，并且对于水质的要求不那么强，但是引导的精度随着距 离的增加下降很快，容易受到噪声的干扰，并且要求工作在较深的开阔水域，另外水下机器 人载体的运动状态对引导的精度影响很大，要求水下机器人具有悬停定位的能力。然而，大 部分水下机器人出于任务使命的需要，一般都设计为欠驱动形式，即配置一个主推、水平舵 与垂直舵，能够实现进退、俯仰与转艏控制，而对于横移与升沉无法进行直接控制(一般水 下机器人都忽略横滚控制)。另外实际的水下机器人作业范围较大，因此现有的方法难以实现 水下机器人与基站的自主对接。本发明主要解决欠驱动水下机器人在较远的距离与基站的精 确自主搭载对接问题。

发明内容

本发明的目的是一种利用声学引导信息、全自主方式欠驱动水下机器人远距离精确自主 搭载对接控制方法。

本发明一种欠驱动水下机器人远距离精确自主搭载对接控制方法，包括以下步骤，

步骤一：航渡过程：基于预知的基站位姿信息，控制水下机器人航行至对接起始点，预 知的基站位姿信息为基站上搭载对接装置大地坐标系下GPS纬度、GPS经度、相对水平面深 度、横滚角、俯仰角及艏向角；

步骤二：粗对准过程：控制水下机器人按照预定的航线进行航行，航行过程中调整姿态， 保证速度、深度和艏向控制稳定，利用水下机器人的水下声学超短基线定位系统对基站引导 定位信息进行收集，直到引导定位信息数量大于门限值，并且引导定位信息连续稳定；

步骤三：精对准过程：对稳定的基站引导定位信息进行处理，完成水下机器人载体坐标 系下基站位置的精确估计，根据基站引导定位信息实时地对水下机器人的航线、航行姿态进 行微调，直到水下机器人与基站横向和垂向偏差满足搭载对接要求；

步骤四：对接过程：水下机器人进入到基站内后载体运动速度迅速下降至0，此时水下机 器人主推持续工作，待基站完成对水下机器人的夹持动作后，主推关闭；

步骤五：退出过程：水下机器人和基站完成能量与信息交换后，基站松开水下机器人， 水下机器人开始倒车，在后退距离L后，停止倒车，转入到其他作业。

本发明一种欠驱动水下机器人远距离精确自主搭载对接控制方法，还可以包括：

1、还包括步骤六，水下机器人出现异常状态时，返回步骤一控制水下机器人重新进行对接 操作，或者回到待命点待命。

2、还包括步骤六，水下机器人对于自身状态进行持续的检测，当异常状态出现时，根据异 常状态的类别采取相应的措施，异常状态包括系统超时、机器人离开作业区、剩余能源不 足、目标点不可达、偏离航线过远、机器人无法移动、传感器故障和执行器故障；对于对 接过程中出现的异常状态，采取水下机器人上浮至水面等待命令，若水下机器人无法退出 基站时，先停止倒车，启动正车重新对接，然后再次倒车。

3、所述的步骤二中，水下声学超短基线定位系统采集基站定位信息后，对得到的连续的基 站定位信息先进行时间补偿，然后进行姿态补偿，最后进行坐标变换，将基站定位信息转 化为大地坐标系的基站定位信息；采用滑动窗口的方法判断基站定位信息是否稳定。