[发明专利]一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法

权利要求书

1.一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，包括：

（1）构建水下柔性回收机构的动力学数学模型，通过粒子群优化算法进行模型参数辨识，得到修正后的水下柔性回收机构的动力学模型；

（2）将AUV和水下柔性回收机构的动力学模型导入Matlab软件；将AUV和水下柔性回收机构的三维物理模型导入Adams软件；建立Matlab软件与Adams软件的联合仿真接口；

（3）将AUV的运动参数以及水下柔性回收机构的刚度特性导入Adams软件中，对AUV和水下柔性回收机构的碰撞进行仿真，获得水下柔性回收机构对AUV的接驳导引效果和水下柔性回收机构的形变参数；将所述的形变参数输入碰撞力模型得到水下柔性回收机构的受力信息；

（4）将AUV的运动参数、水下柔性回收机构的驱动压力以及步骤（3）中获得的形变及受力信息导入Matlab软件，对AUV和水下柔性回收机构的碰撞进行仿真，获得水下柔性回收机构柔性臂在碰撞后的速度和位移信息；

（5）基于Matlab软件和Adams软件的仿真结果对AUV和水下柔性回收机构的碰撞过程进行分析，依据碰撞情况及回收成功率确定水下柔性回收机构柔性臂的最佳形态和刚度参数，形成水下柔性回收机构柔性臂形态和刚度的控制策略；

（6）将水下柔性回收机构柔性臂形态和刚度的控制策略转换成对应阶段的柔性臂的目标驱动压力，基于柔性臂当前的压力、位姿信息以及目标驱动压力与位姿，调整柔性臂各腔的输入压力，完成指定动作形态。

2.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，所述的水下柔性回收机构包括本体和驱动系统；

所述的本体包括通流平板和至少三个柔性臂；所述的柔性臂呈圆周等间距分布在所述的通流平板上；所述的柔性臂为圆柱形，由柔性材料制作而成，其内部含有若干个圆柱形的通流空腔；所述的通流空腔的一端封闭，另一端开口；通过液压驱动控制各个通流空腔内的压力，以实现柔性臂的伸缩、弯曲、扭转以及变刚度功能；所述的柔性臂末端设有光学标记点及姿态传感器，所述的通流空腔进口设有压力传感器；

所示的驱动系统包括电机、水泵、比例阀组、控制电路以及流体管路；通过控制电路控制电机驱动水泵及比例阀组来调节各个通流空腔内的压力。

3.根据权利要求2所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，步骤（1）中，采用不同的驱动压力驱动水下柔性回收机构，在水下柔性回收机构形态变化过程中，采用运动捕捉系统来识别所述的光学标记点，解算柔性臂末端的位移和速度；采用所述的姿态传感器记录柔性臂末端的角度和角速度；采用所述的压力传感器采集柔性臂的通流空腔的压力数据；将运动捕捉系统、姿态传感器及压力传感器采集的数据及其对应的时间戳输入计算机，通过粒子群优化算法对水下柔性回收机构的动力学数学模型进行模型参数辨识。

4.根据权利要求3所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，所述的运动捕捉系统为Optitrack系统。

5.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，步骤（3）中，水下柔性回收机构的刚度特性为刚度系数；将水下柔性回收机构的驱动压力输入等效刚度模型获得所述的刚度系数。

6.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的碰撞力模型采用库伦摩擦力作为AUV与水下柔性回收机构的摩擦力；以非线性阻尼模型来描述接触正压力。

7.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，步骤（5）中，以碰撞力最小、回收成功率最高的情况下确定水下柔性回收机构最佳形态与刚度参数。

8.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，其特征在于，还包括在高压模拟环境下对水下柔性回收机构的控制性能进行测试，测试方法包括：

将水下柔性回收机构通过耐压固定在高压舱内，通过加压泵对高压舱进行加压注水来模拟水下高压环境；通过高压舱外上位机控制系统对水下柔性回收机构的柔性臂各个通流空腔的压力进行调节；通过摄像头上位机监控画面判断水下柔性回收机构的动作形态，并基于水下柔性回收机构的传感器反馈信息调节控制参数，从而使水下柔性回收机构达到预期的形态与刚度。