【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人三维路径可视化跟踪方法
本专利技术涉及水下机器人三维路径规划
，是一种水下机器人三维路径可视化跟踪方法。
技术介绍
海洋是地球生命的摇篮，海洋面积占地球表面积的71％，贮藏着丰富的水资源、生物资源和矿产资源，随着陆地矿产资源的减少和水资源短缺问题逐渐显露，世界各国都意识到了海洋资源开发的重要性，开发和利用海洋资源已经成为可持续发展的必要途径，成为各国合作与竞争的新领域。同时，世界经济离不开航运，海洋运输是大宗商品流通的重要途径，因此，保护航道安全，维护海洋运输稳定通畅，对国民经济的持续健康发展具有十分重大的意义。为了满足经济领域和军事领域的需求，要求研制出一种体积小、航程远、功能丰富并在一定程度上智能化的水下移动平台。在这些需求推动下，自主式水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle，简称AUV)应运而生，迅速发展，在海洋开发领域得到广泛的应用，并成为各大科研机构的研究热点。智能水下机器人具有长航程、长续航、尺寸小、灵活性高的特点，在海洋资源探测、水文信息观测、水下作业和水下目标搜...
【技术保护点】
1.一种水下机器人三维路径可视化跟踪方法，其特征是：包括以下步骤：/n步骤1：建立大地坐标系、载体坐标系和曲线坐标系，根据坐标系建立水下机器人的六自由度模型；/n步骤2：根据建立的水下机器人的六自由度模型，建立路径跟踪误差模型，确定航向角偏差和潜浮角偏差；/n步骤3：采用反步滑模控制方法，对建立的水下机器人的六自由度模型进行三维路径跟踪；/n步骤4：采用深度强化学习方法对三维路径跟踪进行训练，完成水下机器人三维路径可视化跟踪。/n
【技术特征摘要】
1.一种水下机器人三维路径可视化跟踪方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：建立大地坐标系、载体坐标系和曲线坐标系，根据坐标系建立水下机器人的六自由度模型；
步骤2：根据建立的水下机器人的六自由度模型，建立路径跟踪误差模型，确定航向角偏差和潜浮角偏差；
步骤3：采用反步滑模控制方法，对建立的水下机器人的六自由度模型进行三维路径跟踪；
步骤4：采用深度强化学习方法对三维路径跟踪进行训练，完成水下机器人三维路径可视化跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人三维路径可视化跟踪方法，其特征是：所述步骤1具体为：
步骤1.1：建立大地坐标系，所述大地坐标系为海平面上的某点，大地坐标系中ξ轴正向与水下机器人AUV的主航向相同，ζ轴指向地心，ξ轴、η轴和ζ轴构成右手坐标系；
建立载体坐标系，载体坐标系的原点即为水下机器人AUV的质心，xB轴与水下机器人AUV艏向固连，yB轴与AUV右舷固连，xB轴、yB轴和zB轴构成右手坐标系；
建立曲线坐标系，曲线坐标系原点为期望路径上的点P，xSF沿期望路径切线方向，ySF轴沿法线方向，xSF轴、ySF轴和zSF轴构成右手坐标系；
步骤1.2：根据大地坐标系、载体坐标系和曲线坐标系，建立水下机器人的六自由度模型，所述六自由度模型包括动力学方程和运动学方程，通过下式表示动力学方程：
通过下式表示运动学方程：
其中，m为水下机器人的质量，Iy为绕y轴的转动惯量，Iz为绕z轴的转动惯量，u，v，w分别为纵向速度、横向速度和垂向速度，q，r为纵倾角速度和摇艏角速度，θ，ψ为纵倾角和艏向角，X(·)，Y(·)，Z(·)，M(·)，N(·)均为水动力系数，zg，zb为重心和浮心位置，X为纵向推力，M和N为-推进器和舵联合作用产生的绕y轴和z轴的扭矩，ψB为水下机器人的航向角，θB为水下机器人的潜浮角，α为冲角，β为漂角；vt为水下机器人的合速度。
3.根据权利要求1所述的一种水下机器人三维路径可视化跟踪方法，其特征是：所述步骤2具体为：
步骤2.1：根据建立的水下机器人的六自由度模型，在跟踪路径上定义一个虚拟的水下机器人AUV，通过下式表示虚拟的水下机器人AUV运动学方程：
其中，ψp和θp为虚拟目标的姿态角，Vp为虚拟机器人的合速度；
步骤2.2：将惯性坐标系下的真实水下机器人AUV和虚拟的水下机器人AUV位置误差转换到曲线坐标系中，通过下式表示转换过程：
对转换后的坐标系进行微分，得到误差动力学方程，通过下式表示误差动力学方程：
步骤2.3：忽略由三维空间中的非线性引起的误差，确定航向角偏差和潜浮角偏差，通过下式表示航向角偏差和潜浮角偏差：
其中，为航向角偏差，为潜浮角偏差。
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国成，孙玉山，柴璞鑫，吴新雨，张宸鸣，马陈飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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