全驱动AUV回收控制系统及自主回收方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全驱动AUV回收控制系统及自主回收方法，提供一种用于全驱动AUV回收对接控制系统硬件结构、一种运用动力定位保持直线跟踪和悬停校准的自主回收方法，以及一种能够提高AUV回收对接稳定性的基于自适应无迹粒子滤波的动力定位状态估计方法。所采用的自适应无迹粒子滤波算法，利用Saga‑Husa对未知噪声统计特性估计，用粒子分布联合逼近状态后验分布，将粒子滤波和UKF算法优势互补。在外界干扰、加速度的物理特性和人为操纵等因素影响的情况下跟踪滤波效果更好，有效提升了动力定位的稳定性，提高了自主回收的成功率。

【技术实现步骤摘要】
全驱动AUV回收控制系统及自主回收方法
本专利技术涉及全驱动自主水下机器人，尤其涉及全驱动自主水下机器人回收控制系统及自主回收方法，属于机器人

技术介绍
自主水下机器人(AUV)是目前海洋工程领域技术发展的热点，在海洋资源勘探、海底工程作业、科研考察等诸多方面发挥着越来越广泛的作用。由于AUV自身能源限制，当AUV完成一定量的任务后，通常需要在水下对接并回收，以便及时进行能源补给和数据交换，同时下达下一段时间的任务，重新在水下布放AUV开展勘探和作业任务。现阶段AUV回收一般采用对接管加导流罩的水下回收装置，这种回收装置适合传统的鱼雷型AUV回收和布放，其结构简单、隐蔽性高，但是这种喇叭口回收装置对AUV的操纵性、运动控制和导航定位精度具有严苛的要求，不但要求AUV在环境扰动作用下按照预定轨迹运动，甚至对于挂载在船上的喇叭口装置，还需要通过光、水声等传感器对回收口运动状态进行估计，即使已知海流方向，对接过程中也会受到船身附近各种异性海流的干扰。为了减少回收中发生碰擦，提高AUV回收的成功率，就需要AUV具有能够抵抗自身环境扰动的动力定位能力。动力定位系统不受水深限制，操作方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全驱动AUV回收控制系统，包括回收单元和水下控制系统；所述回收单元由支架放置于海底平面或悬挂于船舶上，水下控制系统安装在全驱动自主水下机器人上；所述回收单元包括水声收发器、摄像机、圆锥导向罩、导管、灯光组；所述水声收发器安装在圆锥导向罩两侧，灯光组包含四个水下灯，以菱形的几何关系安装在圆锥导流罩外沿，所述摄像机安装在圆向导流罩后部、导管颈部，用以基岸人员实时观测末端水下回收的过程；所述水下控制系统包括主控单元、照明控制板、电源管理系统、水下灯、漏水传感器、信息测量单元、温湿度传感器、避碰声呐、水下摄像机组、电池、导航定位单元、运动控制单元；主控单元由两块PC104工控板构成，主控PC1...

【技术特征摘要】
1.一种全驱动AUV回收控制系统，包括回收单元和水下控制系统；所述回收单元由支架放置于海底平面或悬挂于船舶上，水下控制系统安装在全驱动自主水下机器人上；所述回收单元包括水声收发器、摄像机、圆锥导向罩、导管、灯光组；所述水声收发器安装在圆锥导向罩两侧，灯光组包含四个水下灯，以菱形的几何关系安装在圆锥导流罩外沿，所述摄像机安装在圆向导流罩后部、导管颈部，用以基岸人员实时观测末端水下回收的过程；所述水下控制系统包括主控单元、照明控制板、电源管理系统、水下灯、漏水传感器、信息测量单元、温湿度传感器、避碰声呐、水下摄像机组、电池、导航定位单元、运动控制单元；主控单元由两块PC104工控板构成，主控PC104完成运动控制并对传感器的信息采集和处理，从控PC104仅和水下摄像机组相连，处理视频、图片数据，减小主控PC104的负担，两工控板之间通过485通信模式传送数据；所述照明控制板与主控PC104连接，接收亮度控制信号，对水下灯亮度进行调整；所述电源管理系统、漏水传感器和温湿度传感器与主控PC104相连，检测电池状态信息和机器人内部环境信息；所述导航定位单元包括USBL定位设备、光纤惯导、GPS/无线模块、多普勒仪，USBL定位设备、光纤惯导、GPS/无线模块和多普勒仪都与主控PC104相连，USBL定位设备在回收阶段接受水声收发器的信息计算相对位置，并将光纤惯导、多普勒仪、深度计所得到的数据发送给主控PC104，推算AUV当前位置、姿态；所述水下摄像机组在AUV回收末端将灯光组几何关系传输到从控PC104，从控PC104负责计算AUV相对回收口的位置，发送给主控PC104校准导航传感器得到的位置信息；所述运动控制单元包括电机控制器、电机组和拋载电磁铁；所述电机控制器根据主控PC104的发送的推进器的转速大小，用PWM对5个推进器转速控制，动态调整AUV的姿态角度和航速，同时将电机的转速发送给主控PC104；所述抛载电磁铁通电释放重块，在水下发生故障时将电磁铁吸附重块抛出实现快速上浮，完成AUV的自救。2.一种如权利要求1所述全驱动AUV回收控制系统的自主回收方法，其特征在于，将动力定位思想加入到回收对接中；整个过程包括直线归位、直线跟踪、直线对接和校准对接四个阶段，在到达直线跟踪阶段后开启四自由度动力定位系统；所述四自由度动力定位系统对包括深度、纵倾角、航向角、横向位置四个自由度控制，依靠AUV将通过光纤惯导、USBL定位设备、深度计和多普勒仪得到的位姿数据，通过自适应无迹粒子滤波方法，得到AUV复合运动中的低频状态，通过动力定位控制器实时计算控制增量，使各推进器产生推力与力矩作为补偿动力，以抵消水流作用，保持AUV目标位置、艏向、深度和姿态；所述全驱动AUV控制系统的自主回收方法在AUV收到水声收发器信号并确认执行水下回收任务时开始，之后进入直线归位阶段，根据水声收发器确认回收口位置信息、多普勒仪的水平面速度信息、光纤惯导的姿态角信息和深度计的深度信息，指引AUV到指定深度并向回收口中心延长线前的直线追踪点不断逼近；当AUV到达直线追踪点时，进入直线跟踪阶段，此阶段通过调整艏向角来减小直线归位阶段的超调量，之后调整艏向平行回收口中心线并使用四自由度动力定位控制，以侧向推力保持直线跟踪；使AUV尽可能保持目标位置、艏向、深度和姿态；直至捕捉到灯光组信号认为到达对接就位点，之后进入直线对接阶段，所述直...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆军，周启润，朱志宇，叶辉，包灵卉，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32