[发明专利]一种水下机器人驻底位置选择优化方法

说明书

本发明涉及一种水下机器人驻底位置优化方法，包括以下步骤：水下机器人到达预设驻底位置后，按螺旋线展开轨迹运动。在轨迹跟踪运动过程中，实时采样水下机器人距离水底的高度值，根据高度值计算驻底的坡度和平滑度，然后根据水下机器人本身的限制和环境限制设定平坦度阈值并构建平坦度评价函数，最后实时解算获取最优驻底位置。若该预设驻底位置无法满足平坦度阈值，水下机器人将自主航行至下一个预设驻底位置寻找最优，直至找到最佳驻底位置。最终实现水下机器人驻底位置优化选取，为水下机器人的驻底安全性和可靠性提供了技术保证。

技术领域

本发明属于水下机器人控制优化技术领域，更具体的说是一种水下机器人驻底位置选择优化方法。

背景技术

随着水下机器人海底应用的不断增加和续航力要求的不断提高，水下机器人产生很多驻底作业或者驻底休眠以提高续航力等需求。由于海底地形的复杂多变，难以选择合适的平坦且突起少的位置，因此水下机器人驻底位置优化研究具有实际意义和应用价值。

以往水下机器人到达预设驻底位置后，一般不深入考虑驻底位置的坡度或者突起情况，容易导致水下机器人驻底后夹于多块沙石之间或者使水下机器人产生较大的姿态角，如横滚角、纵倾角等，给水下机器人驻底作业、探测或长时间驻留带来一定的危险或不确定因素，严重的会导致水下机器人被异物卡住或对正常的探测作业产生影响。

因此，研究简单实用的水下机器人驻底位置选择优化方法，解决水下机器人选取平坦驻底位置问题，提高水下机器人驻底的安全性和位置选取的合理性，是目前水下机器人驻底前重点首要解决的实际问题。

发明内容

基于上述背景，本发明针对现有水下机器人驻底时大多不深入考虑驻底位置合理性的不足，提出了一种水下机器人驻底位置选择优化方法，有助于实现水下机器人安全驻底以及驻底后的良好姿态。

本发明解决其问题所采用的技术方案如下：一种水下机器人驻底位置选择优化方法，具体包括以下步骤：

水下机器人下潜到预设驻底位置后，按螺旋线展开轨迹运动并实时采样其距离水底的高度值，根据高度值计算坡度和平滑度，构建平坦度评价函数实时解算获取最优驻底位置，实现水下机器人驻底位置优化选取。

所述根据高度值计算坡度是采用中位值平均滤波法进行滤波的。

所述中位值平均滤波法包括：

在一段时间内，连续采样n个高度值数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算n-2个数据的算术平均值为h_k，每新采样到一个高度值都会剔除掉n拍中最早的那拍高度值，也对应产生一拍新算术平均值，这样就产生了包含n个元素的算数平均值数组[h₁,h₂,…,h_k,…,h_n]，同样也随着每新产生一个算术平均值都会剔除掉n拍中最早的那拍算术平均值。计算坡度公式如下：

其中，k∈[1,…，n]，h_k表示第k拍的高度值，表示上一n个算术平均值数组中第(k+1)拍的算术平均值，dt表示采样周期。

所述平滑度计算采用与计算坡度时同样的n个采样数据计算方差，用方差来表示平滑度，若方差越大，则平滑度越大。

所述平坦度评价函数公式为：

P＝α·S+β·F(h)

其中，P表示平坦度，是一段时间范围内的坡度和平滑度的综合表征，S表示坡度，F()表示平滑度函数，h表示水下机器人距离水底的高度，α，β是正常数。