【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下双平台协同对接起吊作业智能控制领域，尤其是一种水下双平台对接起吊作业智能控制方法及系统。
技术介绍
1、在海洋中，对水下接驳盒、沉底电子舱等己方的目标对象进行全水下搜索对接和起吊回收是一种新型的作业模式，这种作业方式具有隐蔽、不受海面风浪影响等优势。一般这种作业方式采用大型水下母艇搭载起吊机器人进行水下双平台协同作业。
2、水下母艇配置有惯导系统、深度计、高度计、均衡水舱等，母艇能够检测自身的绝对位置同时还具有定点动力控位能力和精确注排水调节的能力；
3、起吊机器人配置信标、摄像机及抱抓或磁力吸盘等对接工具，起吊机器人还具有水平面的位置和航向调节能力，通过信标可以检测其与母艇的相对位置，并且起吊机器人上的摄像机拍摄信息可以上传至母艇供操控观察使用；
4、母艇通过其搭载的绞车进行起吊机器人的收放，绞车的收放缆速度可实时调节。传统情况下，一般由操控人员进行水下母艇、绞车及起吊机器人的操作控制，在末端对接过程中通过摄像机观察目标对象位置，然而整个水下布放起吊过程耗时长、操作指令繁琐，操控负荷重，并且人工操控难以结合当前环境、相对位置等信息进行估计，不能实现高精度、高效的目标对象对接控制。
技术实现思路
1、本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种水下双平台对接起吊作业智能控制方法及系统，本专利技术的技术方案如下：
2、一种水下双平台对接起吊作业智能控制方法，提供水下双平台以及控制水下双平台的上位机，水下双平台包括母艇
3、母艇搭载绞车以及起吊机器人，起吊机器人通过缆绳与绞车连接，上位机控制绞车放缆和收缆，以布放和起吊回收起吊机器人；
4、基于母艇的位置信息以及目标对象的位置信息，上位机配置母艇的预设悬停位置，以使得母艇处于预设悬停位置时，起吊机器人在海流作用下的布放落点与目标对象对应；
5、进行目标对象对接时，母艇处于预设悬停位置并布放起吊机器人，且在布放起吊机器人的过程中，基于起吊机器人与目标对象间的水平相对位置调整起吊机器人的位置状态，直至使得起吊机器人与目标对象正对准并对接目标对象；
6、起吊机器人与目标对象对接后，上位机起吊回收起吊机器人以及目标对象。
7、其进一步方案为，进行目标对象对接时，包括依次进行的对接第一阶段、对接第二阶段以及对接第三阶段，其中，
8、进行对接第一阶段时，上位机控制母艇移动至预设悬停位置并布放起吊机器人，基于起吊机器人与目标对象间的水平相对位置确认第一布放落点，使得起吊机器人的第一布放落点与目标对象间的水平相对距离小于或等于起吊机器人的运动能力半径r；
9、进行对接第二阶段时，上位机布放起吊机器人，并基于起吊机器人与目标对象间的水平相对位置确认第二布放落点，使得起吊机器人的第二布放落点位于目标对象正上方；
10、进行对接第三阶段时，上位机布放起吊机器人，使得起吊机器人对接目标对象。
11、其进一步方案为，还包括用于对接中定位的定位单元，其中，
12、定位单元包括超短基线定位模块以及视觉定位模块，其中，
13、超短基线定位模块对起吊机器人进行超短基线定位，以获得起吊机器人与母艇间的水平相对位置；
14、超短基线定位模块包括超短基线换能器以及超短基线信标，超短基线换能器安装在母艇上，超短基线信标安装在起吊机器人上；
15、视觉定位模块对目标对象进行视觉定位，包括水下摄像机以及定位标记物，水下摄像机安装在起吊机器人上，定位标记物安装在目标对象上，当水下摄像机采集到含有定位标记物的图像时，上位机对图像中的定位标记物进行识别定位，基于识别定位结果，获得起吊机器人与目标对象间的水平相对位置。
16、其进一步方案为，母艇位置信息至少包括母艇的悬停深度du，目标对象的位置信息至少包括目标对象位置的三维坐标(xt，yt，dt)；
17、配置预设悬停位置时，上位机设置目标对象对接后绞车的布放缆长为li，并得到布放缆长为li时起吊机器人与母艇相对位置的三维坐标(δxi，δyi，δzi)，对布放缆长li进行计算，则有：
18、
19、其中，η为迭代计算收敛参数且0≤η≤1，i为迭代次数，li-1为第i-1次计算得到的布放缆长，δzi-1为布放缆长为li-1时起吊机器人与母艇相对位置的三维坐标的z轴坐标值；
20、计算布放缆长为li时起吊机器人与目标对象z轴方向的相对距离hi，则有：
21、hi＝|dt-du-δzi|
22、若hi小于设定阈值hdead，则基于布放缆长为li时起吊机器人与母艇的相对位置获得母艇预设悬停位置的三维坐标(xi，yi，zi)，则有：
23、
24、其进一步方案为，确认第一布放落点时，获取起吊机器人与目标对象水平相对位置的二维坐标(xe,ye)，并判断起吊机器人与目标对象的水平相对距离d；
25、若水平相对距离d大于起吊机器人的运动能力半径r，则上位机控制母艇移动至校准悬停位置，起吊机器人随母艇移动，将起吊机器人移动后的位置作为第一布放落点，其中，校准悬停位置的三维坐标(xq，yq，zq)可表示为：
26、
27、其进一步方案为，确认第二布放落点时，对目标对象依次进行粗对准以及精对准，其中，
28、对目标对象进行粗对准时，上位机通过超短基线定位获得起吊机器人与母艇的水平相对位置，并基于起吊机器人与母艇的水平相对位置以及目标对象的位置信息，获得起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差；
29、基于起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差，上位机通过定点控制使起吊机器人移动，直至起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差与第一偏差阈值s1匹配；
30、对目标对象进行精对准时，布放起吊机器人直至上位机通过视觉定位获得起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差；
31、基于起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差，上位机通过定点控制使起吊机器人移动，直至起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差与第二偏差阈值s2匹配，并将起吊机器人此时的位置作为第二布放落点。
32、其进一步方案为，起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差包括第一轴方向的位置偏差以及第二轴方向的位置偏差，其中，第一轴与第二轴垂直；
33、定点控制包括根据起吊机器人与目标对象第一轴方向的位置偏差计算得到起吊机器人第一轴方向的期望推力，根据起吊机器人与目标对象第二轴方向的位置偏差计算得到起吊机器人第二轴方向的期望推力，上位机根据起吊机器人第一轴方向的期望推力以及起吊机器人第二轴方向的期望推力控制起吊机器人移动。
34、其进一步方案为，上位机获取绞车的最高放缆速度vmax，并控制绞车在对接第一阶段、对接第二阶段以及对接第三阶段中的放缆速度，其中，
35、在对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，提供水下双平台以及控制所述水下双平台的上位机，所述水下双平台包括母艇以及用于对接起吊目标对象的起吊机器人，其中，
2.根据权利要求1所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，进行目标对象对接时，包括依次进行的对接第一阶段、对接第二阶段以及对接第三阶段，其中，
3.根据权利要求2所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，还包括用于对接中定位的定位单元，其中，
4.根据权利要求1所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，所述母艇位置信息至少包括母艇的悬停深度du，所述目标对象的位置信息至少包括目标对象位置的三维坐标(xt，yt，dt)；
5.根据权利要求4所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，确认第一布放落点时，获取起吊机器人与目标对象水平相对位置的二维坐标(xe,ye)，并判断起吊机器人与目标对象的水平相对距离d；
6.根据权利要求3所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，确认第二布放落点时，对目标对象
7.根据权利要求6所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，所述起吊机器人与目标对象的水平相对位置偏差包括第一轴方向的位置偏差以及第二轴方向的位置偏差，其中，第一轴与第二轴垂直；
8.根据权利要求2所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，上位机获取绞车的最高放缆速度vmax，并控制绞车在对接第一阶段、对接第二阶段以及对接第三阶段中的放缆速度，其中，
9.根据权利要求8所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，回收目标对象时，上位机控制绞车以速度v3收缆，待起吊机器人距离海底的高度大于起吊机器人的自身长度Lr后，上位机增加绞车的收缆速度至最高放缆速度vmax；
10.一种水下双平台对接起吊作业智能控制系统，其特征在于，包括水下双平台以及控制所述水下双平台协同作业的上位机，所述水下双平台包括母艇以及用于对接起吊目标对象的起吊机器人，其中，
...【技术特征摘要】
1.一种水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，提供水下双平台以及控制所述水下双平台的上位机，所述水下双平台包括母艇以及用于对接起吊目标对象的起吊机器人，其中，
2.根据权利要求1所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，进行目标对象对接时，包括依次进行的对接第一阶段、对接第二阶段以及对接第三阶段，其中，
3.根据权利要求2所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，还包括用于对接中定位的定位单元，其中，
4.根据权利要求1所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，所述母艇位置信息至少包括母艇的悬停深度du，所述目标对象的位置信息至少包括目标对象位置的三维坐标(xt，yt，dt)；
5.根据权利要求4所述的水下双平台对接起吊作业智能控制方法，其特征在于，确认第一布放落点时，获取起吊机器人与目标对象水平相对位置的二维坐标(xe,ye)，并判断起吊机器人与目标对象的水平相对距离d；
6.根据权利要求3所述的水下双平台对接...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙功武，李新光，焦慧锋，屈俊琪，王俊轩，莫春宁，毛英，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：
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