[发明专利]全驱动自主水下机器人结构及回收三维路径跟踪方法

权利要求书

1.一种全驱动自主水下机器人结构的回收三维路径跟踪方法，全驱动自主水下机器人结构包括艏段(2)，艏部推进段(7)，电子舱段(12)，艉部推进段(15)和主推进段(18)五大部分；整体采用鱼雷形流线型结构，艏段(2)与艏部推进段(7)、艏部推进段(7)与电子舱段(12)，电子舱段(12)与艉部推进段(15)、艉部推进段(15)与主推进段(18)同心密封相连；艏段(2)包括探测仪(1)、避碰声呐(4)和艏段壳体(3)，探测仪(1)通过密封安装于艏段(2)前部，避碰声呐(4)通过水密接插件安装于艏段(2)上部，艏段壳体(3)采用铝合金6061制造并进行表面硬质氧化处理，艏段壳体(3)采用半球形外形以保证水下机器人具有良好的流线型并兼顾艏部的安装空间；艏部推进段(7)由艏部侧向推进器(5)、艏部垂向推进器(8)和艏部推进段壳体(6)组成，侧向推进器(5)水平放置，安装于艏部推进段(7)前侧方，垂向推进器(8)垂直放置，安装于艏部推进段(7)后上方，驱动电机与推进螺旋桨之间采用磁耦合联轴器连接；电子舱段(12)由锂电池(9)、抛载(10)、天线导流罩(13)、电子舱段壳体(11)组成，天线导流罩(13)包括超短基线接收器和天线，锂电池(9)环绕相连于电子舱段(12)前部，下部通过电磁铁将抛载(10)垂直固定，后上部通过水密接插件与天线导流罩(13)相连；艉部推进段(15)包括艉部垂向推进器(14)、艉部侧向推进器(17)和艉部推进段壳体(16)组成，垂向推进器(14)垂直放置，安装于艉部推进段(15)前上方，侧向推进器(17)水平放置，安装于艉部推进段(15)后侧方，驱动电机与推进螺旋桨之间采用磁耦合联轴器连接；主推进段(18)由主推进器(19)组成，主推进器(19)采用桨后舵设计；其特征在于，回收控制过程包括以下3个过程：

过程1：直线归位阶段，这个阶段是指回收装置用超短基线定位到AUV开始,进入对接中轴线跟踪过程,这个过程重点在于利用超短基线提供的相对位置/姿态信息来调整AUV与对接装置的位置，使得在消耗较短对接中轴线距离的情况下，将AUV航行至中轴线上，同时要考虑到AUV的姿态尽可能的与中轴线一致，利于进一步实时对接；

过程2：直线跟踪阶段，这个阶段指是指AUV重心进入中轴线开始直到距离对接口3到5米的阶段，在这个阶段要保证AUV沿中轴线航行，且艏向角指向对接口；

过程3：艏向调整阶段，这个阶段是指过程2结束到对接成功的阶段，进入此阶段需要满足两个条件：一是AUV与对接装置轴线距离小于5米，二是相对位置/姿态偏差超出预设值，如果直线跟踪阶段保持的位置/姿态偏差一直未超过预设值，则略过此阶段，直接完成对接，即只有在出现足够误差时，才会触发艏向调整阶段。

2.如权利要求1所述的全驱动自主水下机器人结构的回收三维路径跟踪方法，其特征在于，其中机器人回收直线归位阶段与直线跟踪阶段的三维路径跟踪控制方法包括以下步骤：

步骤1：将回收路径三维曲线转化为空间点序列；

步骤2：将空间点序列描述为自主水下航行器的目标跟踪点，将其转化为自主水下航行器的惯性坐标系下的坐标，对其进行目标跟踪；

步骤3：全驱动控制形式的自主水下航行器，对单个目标点进行跟踪控制，将水下机器人的位置和艏向角与目标点位置和期望艏向值进行对比得到跟踪误差，采用改进的非奇异终端模糊滑模算法，输出为各推进器的推力；

步骤4：进行步骤2目标跟踪点的更替，并依次运行步骤3完成每个目标点的跟踪，最终完成空间点序列的跟踪，实现回收三维路径跟踪。