[发明专利]一种水下机器人移动式对接回收的路径规划方法及装置

说明书

本发明提供了一种水下机器人移动式对接回收的路径规划方法及装置，涉及水下机器人领域，包括：获取第一定位信息、第二定位信息以及水动力参数；根据第一定位信息和水动力参数，建立空间六自由度运动模型；根据第二定位信息设置位置引力点和姿态引力点，确定虚拟引力；根据虚拟引力，确定推力、垂直舵力以及水平舵力；将推力、垂直舵力以及水平舵力带入空间六自由度运动模型，确定待回收水下机器人的下一时刻位姿，并获取移动坞站的下一时刻位姿；判断两者下一时刻位姿是否达到一致，若达到，则结束路径规划任务。本发明针对欠驱动水下机器人的移动式对接，提供了高效准确的路径规划方法，保证移动对接的可靠性，有效地减轻了人员操作负担。

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，具体而言，涉及一种水下机器人移动式对接回收的路径规划方法及装置。

背景技术

随着我国航海事业的发展，越来越多的深海探测任务需要水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)的参与，比如水下侦查、海底施工、大范围且长航程的工作网络扩展和组建等工作。由于现有的水下通讯能力的限制性以及自身能源的有限性，AUV在深海执行任务的过程中，在能源系统警告、作业数据容量饱和或者先期任务完成之后，需要与坞站进行对接动作，以此完成AUV与坞站之间的能量交换、数据上传、任务下载、位置矫正或载体维护等任务。自主水下对接技术是完成AUV与坞站之间对接的关键技术，在种种深海探测任务中起着至关重要的作用，而AUV在与坞站的对接过程中，容易受到了如作业深度和范围受限等诸多不利因素的影响。如何排除这些影响，实现高效率、高精度的自主水下对接技术是水下机器人领域中需要探索的重要问题。

现有的、较为成熟的自主水下对接技术主要是以固定式对接为主，即AUV完成阶段性工作后，归航并对接到某一固定在水下特定位置的坞站中。固定式对接对路径规划和跟踪控制的要求相对较低，对接成功率高，但一方面，固定式对接往往需要提前布置好回收装置，灵活性不高，不适宜完成复杂的深海探测任务；另一方面，固定式对接的对接装置设计复杂，且容易受海洋附着物的影响，维护难度较大。由此，一种移动式自主水下对接技术应运而生。

移动式自主水下对接技术是指对接装置处于运动状态下，AUV与对接装置完成对接。一般而言，对接装置搭载于大型水下航行器上，移动式自主水下对接技术要求AUV能在回收过程中能准确捕捉大型水下航行器的位姿信息，同时也对两个相对运动物体的路径规划和跟踪控制提出了更高的要求。因而，在移动式自主水下对接技术中，实现准确且高效的对接路径路径规划是必不可少的。

水下机器人根据驱动特性即推力器的配置分为全驱动、欠驱动和过驱动。欠驱动AUV在绝对速度较快时，舵效高，操纵性能好，出于制造成本和能源消耗的考虑，执行探测任务时一般采用欠驱动AUV。因此，有必要针对欠驱动AUV，提出一种可靠实用的移动式自主水下对接路径规划的方法。

综上，现有的自主水下对接技术主要是以固定式对接为主，存在灵活性低、成本过高的缺陷。为了实现低成本、高准度的自主水下对接，一种针对水下机器人的移动式对接回收的路径规划方法亟待提出。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为达上述目的，本发明提供了一种水下机器人移动式对接回收的路径规划方法，包括：

获取回收水下机器人的第一定位信息、移动坞站的第二定位信息以及所述待回收水下机器人的水动力参数；

根据所述第一定位信息和所述水动力参数，建立所述待回收水下机器人的空间六自由度运动模型；

根据所述第二定位信息设置位置引力点和姿态引力点，根据所述位置引力点和所述姿态引力点确定虚拟引力,其中，所述位置引力点用于划分距离范围，所述姿态引力点用于划分角度范围；

根据所述虚拟引力，确定所述待回收水下机器人的推力、垂直舵力以及水平舵力；