[发明专利]一种水下机器人-机械手系统受海流扰动强弱评估方法

说明书

本发明公开了为一种水下机器人‑机械手系统受海流扰动强弱评估方法，包括以下步骤：当水下机器人‑机械手系统到达海底任务位置，将受扰动后机器人的机械手实际位姿与理想状态下位姿进行对比，得到机械手在物理空间上的受扰动位置的变化；进而划分为水下机器人本体在X‑Y平面受侧向横移扰动、艏向扰动的时位置变化及X‑Z平面受升降扰动位置变化，分别对机械手第一关节进行补偿，第二关节、第三关节进行补偿，当X‑Y平面受到的扰动为弱扰动和X‑Z平面受到的扰动为弱扰动时，则水下机器人‑机械手系统受到的海流扰动为弱扰动；其余情况下则水下机器人‑机械手系统受到的海流扰动为强扰动，该方法可为控制策略中的扰动提供参考，进而提高抓取的准确性。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种水下机器人-机械手系统受海流扰动强弱评估方法。

背景技术

扰动补偿控制在控制领域尤其是水下机器人领域是必不可少的技术。在复杂的海洋环境下，如海流涌动的航道，由于海流海浪的影响，使得水下机器人的工作位姿很容易发生偏移。而且相对于陆地来说，海洋环境更加复杂多变，海流海浪是水下环境不可避免的一部分，所以水下机器人-机械手系统(Underwater Vehicle-Manipulator System,UVMS)在进行抓取工作时，会受到海浪海流影响，产生水下机器手偏移，影响机械手末端相对目标物位置，进而影响抓取的准确度。而当海浪海流影响较大时，使水下机器人本体发生较大偏移，由于水下机器人与机械手之间的耦合关系，机械手末端也将发生严重偏移，进而影响抓取的准确度。

魏延辉等人提出了一种近海面条件下的利用多传感器信息融合的海浪对水下机器人扰动评估方法，作者采用惯导系统、水下摄像头、声学测距传感器等采集本体航向姿态、水下目标物图像位置、水下机器人相对距离变化等综合信息，并将这些信息数据融合处理，从而掌握海流对水下机器人扰动的影响量级，为水下机器人控制研究提供扰动量，但未研究水下机器人抓取任务中机械手末端所受扰动强弱，无法为水下机械手在海流扰动环境下的控制研究提供扰动量。本发明参考魏延辉提出的扰动评估方法，对执行抓取工作的水下机器人受海流海浪扰动强弱进行分级讨论，对机械手末端相对目标物偏移量分析，将扰动情况分为强扰动与弱扰动，针对不同的扰动等级进行不同的补偿控制；弱扰动情况下对机械手关节进行补偿控制，使机械手末端再次与目标物重合，提高抓取任务成功率；若扰动为强扰动，此时由于机械手关节转角大小的限制，仅对机械手关节进行补偿控制已不能实现末端与目标物的重合，需对水下机器人本身控制，将强扰动造成的影响削弱，使扰动等级变为弱扰动后在对机械手关节进行补偿控制，最终实现不同扰动等级下控制策略。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种水下机器人-机械手系统受海流扰动强弱评估方法，包括以下步骤：

S1:当水下机器人-机械手系统到达海底任务位置，将受扰动后机器人的机械手实际位姿与理想状态下位姿进行对比，得到机械手在物理空间上的受扰动位置的变化；

S2:将机械手在物理空间上的位置的变化划分为水下机器人本体在X-Y平面受侧向横移扰动Y_d、艏向扰动ψ_d的时位置变化及X-Z平面受升降扰动位置变化，

当水下机器人本体在X-Y平面受侧向横移扰动Y_d、艏向扰动ψ_d发生位置变化时，对机械手第一关节进行补偿，使第一关节绕Z轴转动，使机械手末端回到期望情况下末端位置，得到为X-Y平面上补偿后机械手末端与期望情况下机械手末端夹角r_Z；

当水下机器人本体在X-Z平面受升降扰动发生位置变化，对机械手第二、三关节进行补偿，使机械手第二、三关节绕Y轴转动，使进而机械手末端回到期望情况下末端位置，得到X-Z平面上补偿后机械手末端与期望情况下机械手末端夹角r_Y；

S3:当补偿后机械手末端与期望情况下末端Z轴方向夹角r_Z＞阈值Ⅰ，则水下机器人-机械手系统X-Y平面受到的扰动为强扰动；