[发明专利]一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法

说明书

本发明公开了一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，主要包括基于运动捕获系统与姿态传感器等数据的水下柔性回收机构动力学模型参数辨识；通过Matlab‑Admas联合仿真分析AUV回收碰撞过程，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；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。

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，尤其涉及一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法。

背景技术

自主式水下航行器是一种海洋移动观测平台，它无缆且不需要人为操作，能够自主航行进入海底观测网络无法布放的区域进行观测。然而，AUV通常由蓄电池供电，因此携带的能源十分有限，无法长期持续性地进行水下观测。

AUV水下回收技术是AUV进行充电补给与信号反馈的关键技术。传统AUV回收机构多是刚性机构，存在碰撞力大、易损坏刮伤AUV的缺陷。例如，申请号为CN201911199091.5的中国专利文献公开了一种搭载于移动平台的AUV动态回收机构，该机构虽然减少了传统装置的水阻力，但是依旧存在质量大、刚性碰撞等不足。柔性机构具备柔顺接触与回收AUV的优势，且质量轻盈、便于在移动或固定平台搭载使用。例如，申请号为CN201911145320.5的中国专利文献公开了一种水陆两栖的仿生软体臂，通过含圆柱形流道的扇形单元进行拼接来改变软体臂的长度，通过对不同流道通入高压流体，软体臂能够完成伸展、弯曲运动。

但在AUV对接过程中，不合理的机构形态会增加AUV的碰撞次数，而不合理的刚度会使机构对AUV产生过度碰撞力或回弹力。因此，水下柔性机构形态与刚度的协同作用是AUV能否成功回收的关键因素。通过研究接驳机构形态与刚度的调控策略，探究两者对AUV回收过程的影响机制，能够为控制柔性回收机构奠定重要理论基础。

目前，柔性臂动力学模型中的惯性、弹性等系数一般是通过经验公式估算而来，与实际物理模型存在一定偏差，因而不基于模型的开环经验控制方法成为柔性臂目前的主要控制方法。

然而要分析柔性机构的最佳形态与刚度，必须要获得准确的动力学模型，因此需要研究一种水下柔性臂动力学模型参数辨识方法。Admas仿真软件能够分析AUV与刚性回收机构的碰撞问题，但对复合型软体机构以及物体的水动力特性难以进行描述，因此需要研究相应的仿真方法来分析复合型软体碰撞问题，从而确定柔性回收机构的最佳形态与刚度。

发明内容

本发明提供了一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，通过该方法可以确定水下柔性回收机构的最佳形态与刚度。

本发明的技术方案如下：

一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方法，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；