CN115092344B - 用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 - Google Patents
用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115092344B CN115092344B CN202210832174.9A CN202210832174A CN115092344B CN 115092344 B CN115092344 B CN 115092344B CN 202210832174 A CN202210832174 A CN 202210832174A CN 115092344 B CN115092344 B CN 115092344B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- underwater robot
- underwater
- lifting
- iron
- submerged
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 96
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 208
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 104
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 66
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 56
- 230000036544 posture Effects 0.000 claims description 40
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 34
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 21
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 18
- 230000009189 diving Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 9
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B71/00—Designing vessels; Predicting their performance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/22—Adjustment of buoyancy by water ballasting; Emptying equipment for ballast tanks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/26—Trimming equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法。水下机器人的姿态主要包括俯仰、横滚两个角度。水下机器人，特别是自主遥控水下机器人(ARV)具备多种使用模式，可以采样以及搭载额外的有效载荷，其重量和浮力的不同分布会造成水下机器人姿态的变化；当水下机器人起吊、水下航行探测以及回收海面时，由于吸附压铁状态不同，其姿态也不同。姿态角的过大会造成水下机器人航行阻力增大、推进器不匹配、回收时天线信号淹没等问题，因此水下机器人的姿态控制在水下航行控制、水面回收中扮演着重要作用，本姿态计算方法为大深度水下机器人姿态的确定提供了理论计算依据，压铁布局的确定也保证了水下机器人在下潜和海面回收时具备良好的姿态。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法。
背景技术
水下机器人，特别是无缆水下机器人在实际作业时面临多种工况，如起吊、入水，下潜，航行作业，上浮，海面回收。各种工况下，水下机器人载体的配重各有不同，其姿态也不同。水下机器人在水下航行作业时，需要保持良好的姿态，如姿态角度过大，会导致航行阻力增大，传感器失效，甚至通过本身的推进器难以抵消过大的姿态角度，导致潜次的失败。水下机器人起吊时，如果姿态角度过大，会导致水下机器人与潜器底座发生碰撞，难以落位等情况。水下机器人回收至海面，如姿态角度过大，会导致在海面无法航行，通信天线埋没海水无法发出位置信息等。因此需要对水下机器人的水下、起吊姿态进行精准的计算。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，对水下机器人的水下、起吊姿态进行精准的计算，对于姿态角度过大的，通过配重的布局调整，实现水下机器人水下和起吊时的姿态水平。对于水下机器人海面回收工况，通过对上浮压铁特定位置的布局，实现水下机器人海面回收时的姿态水平。实现对水下机器人水下和起吊姿态的计算以及在海面回收工况下，保证潜器水平时的上浮压铁布局。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，结合潜器的布放和回收流程，通过吊钩、配重、压铁布局，实现水下机器人海面回收时姿态水平，水下机器人下潜时减小阻力、提高下潜速度，水下机器人水下运行时和起吊时姿态平稳；包括以下步骤：
步骤1、定义水下机器人模型的三维坐标系原点(x0，y0，z0)及方向；
步骤2、计算水下机器人的上浮压铁布局位置，使得水下机器人在无动力上浮过程后能平稳浮在预设的海面切割线；
步骤3、设计水下机器人的下潜压铁布局位置，计算下潜过程姿态，控制下潜姿态；
步骤4、根据水下姿态设计水下机器人在水下运行过程中的预置配重和其布局位置，使得水下机器人在水下运行过程中保持姿态平稳；
步骤5、设计布放起吊钩和回收起吊钩的位置，使得布放起吊和回收起吊过程的姿态平稳。
所述潜器的布放和回收流程，包括：
布放起吊：勾取吊钩，控制布放起吊过程中的姿态角平稳；此时水下机器人吸附上浮压铁与下潜压铁；
下潜：水下机器人入水后，上浮压铁与下潜压铁均吸附在水下机器人上，依靠下潜压铁的重量，无动力下潜至目标深度，抛掉下潜压铁，此时水下机器人重力浮力平衡；
水下运行：潜器以平衡姿态执行水下航行任务；
上浮：待作业完成，抛掉上浮压铁，水下机器人依靠自身浮力，无动力上浮，直至部分漏出海面；
回收起吊：勾取起吊钩，控制回收起吊过程中的姿态角平稳；此时所述上浮压铁与下潜压铁均被抛载。
所述上浮压铁位置布局计算的步骤如下：
步骤2.1：计算海面回收时，水下机器人的正浮力数值；
根据水下机器人系统的不利因素：内部耐压舱漏水造成的失去浮力值、浮力材损坏造成的浮力减少值、光纤缠绕牵引力值，设定由不利因素累加形成的水下机器人的海面正浮力值；
步骤2.2：计算水下机器人相对海面线的位置；
a.在模型中，通过海面切割水下机器人上部浮力材，模拟水下机器人漏出海面不同高度；
b.切割后，将上部浮力材体积换算成浮力，加上漏出海面设备的损失浮力，得到总浮力损失值；所述漏出海面设备包括天线、起吊钩；
c.计算不同的切割位置，对应不同的浮力损失值，直至总浮力损失值等于海面正浮力值，从而确定海面切割位置；
步骤2.3：计算水下机器人上浮压铁位置；
对海面以上的浮力材、天线、设备，计算浮力中心，确定上浮压铁x和z两个方向的坐标位置；所述上浮压铁吸附在潜器底部外侧，上浮压铁y方向的高度位置依据电磁铁、水下机器人框架位置确定。
所述下潜压铁位置布局的步骤如下：
将下潜压铁布局在水下机器人艏部，水下机器人下潜时，由于下潜压铁靠前，水下机器人带有一定角度下潜，艏部低于艉部，减小下潜迎流面积，从而减小下潜阻力，加大下潜速度。
下潜过程中是按照如下计算的姿态角控制水下机器人下潜过程中的姿态：
步骤3.1：计算水下机器人下潜过程重心位置(xc下潜，yc下潜，zc下潜)；此时水下机器人下潜过程中吸附着下潜压铁和上浮压铁，计算重心包括上浮压铁和下潜压铁；
步骤3.2：拟定迎流角度，通过水动力仿真软件，计算当前迎流角度下的压力中心位置(xp，yp，zp)；
步骤3.3：下潜过程重心与压力中心连线，判断与迎流是否平行，若平行，当前的迎流角度即为水下机器人下潜过程中的姿态角，否则返回步骤3.1重新计算；所述计算的姿态角用于控制水下机器人下潜过程中的姿态。
所述水下姿态计算步骤如下：
步骤4.1a：定义水下机器人的配重位置和质量；所述配重为单一配重或不同配重的组合；
步骤4.1b：计算浮心坐标(xf，yf，zf)；
式中，xfi，yfi，zfi为第i个计重件的形心位置坐标值，Vi为第i个计重件的排水体积；此时水下机器人搭载上浮压铁，抛掉下潜压铁；所述计重件不包括下潜压铁，包括潜器上的各个零部件、配重、上浮压铁；各个零部件的位置、质量已知；
步骤4.1c：计算水下机器人的水下航行重心位置(xc水下航行，yc水下航行，zc水下航行)；此时水下机器人搭载上浮压铁、抛掉下潜压铁，计算重心不包括下潜压铁，包括潜器上的各个零部件、配重、上浮压铁；
步骤4.1d：计算水下机器人在水下俯仰角水下横滚角所述水下运行过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的水下运行姿态。
所述调整潜器在水下运行过程中的预置配重和其布局位置，包括：
步骤4.2：判断水下俯仰角θ水下俯仰角是否满足设定的阈值范围要求，若是则输出当前的配重位置和质量，否则返回步骤4.1a重新计算。
所述布放起吊姿态计算步骤如下：
步骤5.1a：计算水下机器人布放起吊的重心位置坐标(xc布放起吊，yc布放起吊，zc布放起吊)；布放起吊时，水下机器人上吸附有上浮和下潜压铁，计算重心包括潜器上的各个零部件、配重、上浮压铁和下潜压铁；各个零部件的位置、质量已知；
步骤5.1b：定义布放吊钩取吊点位置，根据原点位置，量取吊点坐标(xd布放吊点，yd布放吊点，zd布放吊点)；
步骤5.1c：计算布放起吊后，水下机器人的起吊俯仰角 起吊横滚角/>所述布放起吊过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的布放起吊姿态。
所述回收起吊姿态计算步骤如下：
所述回收起吊姿态计算步骤如下：
步骤5.2a：计算水下机器人回收起吊的重心位置坐标(xc回收起吊，yc回收起吊，zc回收起吊)；回收起吊时，水下机器人抛掉上浮和下潜压铁，计算重心包括潜器上的各个零部件、配重；各个零部件的位置、质量已知；
步骤5.2b：定义回收吊钩取吊点位置，根据原点位置，量取吊点坐标(xd回收吊点，yd回收吊点，zd回收吊点)；
步骤5.2c：计算回收起吊后，水下机器人的起吊俯仰角 起吊横滚角/>所述回收起吊过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的回收起吊姿态。
所述重心位置坐标(xc，yc，zc)计算公式为：
式中，xi，yi，zi为第i个计重件的重心位置，Wi为第i个计重件的质量；布放起吊、回收起吊、下潜和水下运行过程中，计重件不相同；是否包括上浮压铁和下潜压铁按照情况确定。
本发明的优点与积极效果为：
本发明的水下机器人的姿态计算方法适用于大部分水下机器人，其中考虑了多种工况下的姿态，主要包括起吊姿态和水下姿态。通过本文上浮压铁的位置确定方法，可保证水下机器人在海面回收时的姿态水平，下潜压铁的位置布局，减小了下潜阻力，从而加快下潜速度。
附图说明
图1为水下机器人在水下时的受力示意图；
图2为水下机器人上浮压铁位置示意图；
图3为水下机器人在起吊时的受力示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
水下机器人的工作流程包含以下几个过程：
1)布放起吊：勾取吊钩，控制布放起吊过程中的姿态角平稳；此时水下机器人吸附上浮压铁与下潜压铁；
2)下潜：水下机器人入水后，上浮压铁与下潜压铁均吸附在水下机器人上，依靠下潜压铁的重量，无动力下潜至目标深度，抛掉下潜压铁，此时水下机器人重力浮力平衡；
3)水下运行：潜器以平衡姿态执行水下航行任务；
4)上浮：待作业完成，抛掉上浮压铁，水下机器人依靠自身浮力，无动力上浮，直至部分漏出海面；
5)回收起吊：勾取起吊钩，控制回收起吊过程中的姿态角平稳；此时所述上浮压铁与下潜压铁均被抛载。
结合水下机器人的工作流程，通过吊钩、配重、压铁布局，实现水下机器人海面回收时姿态水平，水下机器人下潜时减小阻力、提高下潜速度，水下机器人水下运行时和起吊时姿态平稳；
具体地，包括以下步骤：
(一)首先确定原点坐标(x0，y0，z0)及方向；
在水下机器人模型中，任意指定原点位置作为后续坐标的基点；
(二)上浮压铁位置布局计算的步骤如下：
步骤2.1：计算海面回收时，水下机器人的正浮力数值；
水下机器人系统出于内部耐压舱漏水失去浮力、浮力材损坏、光纤缠绕等不利因素的考虑，在发生不利因素时，需确保能够依靠自身浮力，安全上浮至海面。依据水下机器人的传统设计，将水下机器人的海面正浮力确定为40kg。
步骤2.2：计算水下机器人相对海面线的位置；
理想状态，海面为无波浪的水平面，在模型中，通过切割水下机器人上部浮力材，模拟水下机器人漏出海面不同高度。切割后，上部浮力材体积换算成浮力，另加上天线、起吊钩等漏出海面设备的损失浮力，得到总浮力损失值。不同的切割位置，对应不同的浮力损失值，直至总浮力损失值等于40kg，即确定了海面切割位置。
步骤2.3：计算水下机器人上浮压铁位置；
对海面以上的浮力材、天线、设备等，计算浮力中心，即可确定上浮压铁x和z两个方向的位置，上浮压铁x和z两个方向的坐标位置与计算的浮力中心相同，即以浮力中心x和z两个方向的位置坐标为上浮压铁x和z两个方向的位置坐标。上浮压铁吸附在潜器底部外侧，上浮压铁y方向的高度位置依据电磁铁、水下机器人框架等位置确定，不影响海面回收时的姿态。
(三)下潜压铁位置布局的步骤如下：
出于压铁安装便利性，减小水下机器下潜阻力，加大下潜速度等考虑，通过以上步骤，将下潜压铁布局在水下机器人艏部，有利于增加水下机器人的下潜速度。水下机器人下潜时，由于下潜压铁靠前，水下机器人带有一定角度下潜，艏部低于艉部，减小了下潜迎流面积，从而减小下潜阻力，加大下潜速度，节省水下机器人下潜至目标深度的时间。其下潜姿态角度的计算通过以下步骤确定：
步骤3.1：计算水下机器人下潜过程重心位置(xc下潜，yc下潜，zc下潜)；此时水下机器人下潜过程中吸附着下潜压铁和上浮压铁，计算重心包括上浮压铁和下潜压铁；
步骤3.2：拟定迎流角度，通过水动力仿真软件，计算当前迎流角度下的压力中心位置(xp，yp，zp)；
步骤3.3：下潜过程重心与压力中心连线，判断与迎流是否平行，若平行，当前的迎流角度即为水下机器人下潜过程中的姿态角，否则返回步骤3.1重新计算；所述计算的姿态角用于控制水下机器人下潜过程中的姿态。
(四)水下姿态计算步骤如下：
步骤4.1a：定义水下机器人的配重位置和质量；所述配重为单一配重或不同配重的组合；
步骤4.1b：计算浮心坐标(xf，yf，zf)；
式中，xfi，yfi，zfi为第i个计重件的形心位置坐标值，Vi为第i个计重件的排水体积；此时水下机器人搭载上浮压铁，抛掉下潜压铁；所述计重件不包括下潜压铁，包括潜器上的各个零部件、配重、上浮压铁；各个零部件的位置、质量已知；
步骤4.1c：计算水下机器人的水下航行重心位置(xc水下航行，yc水下航行，zc水下航行)；此时水下机器人搭载上浮压铁、抛掉下潜压铁，计算重心不包括下潜压铁，包括潜器上的各个零部件、配重、上浮压铁；
步骤4.1d：计算水下机器人在水下俯仰角水下横滚角所述水下运行过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的水下运行姿态。
步骤4.2：判断水下俯仰角θ水下俯仰角是否满足设定的阈值范围要求，若是则输出当前的配重位置和质量，否则返回步骤4.1a重新计算
(五)布放起吊姿态计算步骤如下：
步骤5.1a：计算水下机器人布放起吊的重心位置坐标(xc布放起吊，yc布放起吊，zc布放起吊)；布放起吊时，水下机器人上吸附有上浮和下潜压铁，计算重心包括潜器上的各个零部件、配重、上浮压铁和下潜压铁；各个零部件的位置、质量已知；
步骤5.1b：定义布放吊钩取吊点位置，根据原点位置，量取吊点坐标(xd布放吊点，yd布放吊点，zd布放吊点)；
步骤5.1c：计算布放起吊后，水下机器人的起吊俯仰角 起吊横滚角/>所述布放起吊过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的布放起吊姿态。
回收起吊姿态计算步骤如下：
步骤5.2a：计算水下机器人回收起吊的重心位置坐标(xc回收起吊，yc回收起吊，zc回收起吊)；回收起吊时，水下机器人抛掉上浮和下潜压铁，计算重心包括潜器上的各个零部件、配重；各个零部件的位置、质量已知；
步骤5.2b：定义回收吊钩取吊点位置，根据原点位置，量取吊点坐标(xd回收吊点，yd回收吊点，zd回收吊点)；
步骤5.2c：计算回收起吊后，水下机器人的起吊俯仰角 起吊横滚角/>所述回收起吊过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的回收起吊姿态。
上文所述的重心位置的计算步骤如下：
重心坐标为(xc，yc，zc)，其中，xi，yi，zi为第i个计重件的重心位置，Wi为第i个计重件的质量；布放起吊、回收起吊、下潜和水下运行过程中，计重件不相同；是否包括上浮压铁和下潜压铁按照情况确定。
水下机器人在实际工作时，面临多种工况，各种工况下，水下机器人的配重要求、压铁吸附状态有所不同，导致其姿态有所不同。水下机器人在水下、起吊、水面回收时需尽量保证水平，通过以上步骤，可以得到各工况下的姿态角度，如果姿态角度过大，需要在特定位置调整配重并重新计算，直至计算的姿态角度满足要求。综上，本发明给出了一种大深度水下机器人的姿态计算与压铁布局，为水下机器人的姿态确定和调整提供了理论和计算依据。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，结合水下机器人的布放和回收流程，通过吊钩、配重、压铁布局，实现水下机器人海面回收时姿态水平，水下机器人下潜时减小阻力、提高下潜速度，水下机器人水下运行时和起吊时姿态平稳；包括以下步骤：
步骤1、定义水下机器人模型的三维坐标系原点(x0，y0，z0)及方向；
步骤2、计算水下机器人的上浮压铁布局位置，使得水下机器人在无动力上浮过程后能平稳浮在预设的海面切割线；所述上浮压铁布局位置计算的步骤如下：
步骤2.1：计算海面回收时，水下机器人的正浮力数值；
根据水下机器人系统的不利因素：内部耐压舱漏水造成的失去浮力值、浮力材损坏造成的浮力减少值、光纤缠绕牵引力值，设定由不利因素累加形成的水下机器人的海面正浮力值；
步骤2.2：计算水下机器人相对海面线的位置；
a.在模型中，通过海面切割水下机器人上部浮力材，模拟水下机器人漏出海面不同高度；
b.切割后，将上部浮力材体积换算成浮力，加上漏出海面设备的损失浮力，得到总浮力损失值；所述漏出海面设备包括天线、起吊钩；
c.计算不同的切割位置，对应不同的浮力损失值，直至总浮力损失值等于海面正浮力值，从而确定海面切割位置；
步骤2.3：计算水下机器人上浮压铁位置；
对海面以上的浮力材、天线、设备，计算浮力中心，确定上浮压铁x和z两个方向的坐标位置；所述上浮压铁吸附在水下机器人底部外侧，上浮压铁y方向的高度位置依据电磁铁、水下机器人框架位置确定；
步骤3、设计水下机器人的下潜压铁布局位置，计算下潜过程姿态，控制下潜姿态；
步骤4、根据水下姿态设计水下机器人在水下运行过程中的预置配重和其布局位置，使得水下机器人在水下运行过程中保持姿态平稳；
步骤5、设计布放起吊钩和回收起吊钩的位置，使得布放起吊和回收起吊过程的姿态平稳。
2.根据权利要求1所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，所述水下机器人的布放和回收流程，包括：
布放起吊：勾取吊钩，控制布放起吊过程中的姿态角平稳；此时水下机器人吸附上浮压铁与下潜压铁；
下潜：水下机器人入水后，上浮压铁与下潜压铁均吸附在水下机器人上，依靠下潜压铁的重量，无动力下潜至目标深度，抛掉下潜压铁，此时水下机器人重力浮力平衡；
水下运行：水下机器人以平衡姿态执行水下航行任务；
上浮：待作业完成，抛掉上浮压铁，水下机器人依靠自身浮力，无动力上浮，直至部分漏出海面；
回收起吊：勾取起吊钩，控制回收起吊过程中的姿态角平稳；此时所述上浮压铁与下潜压铁均被抛载。
3.根据权利要求1所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，所述下潜压铁布局位置的步骤如下：
将下潜压铁布局在水下机器人艏部，水下机器人下潜时，由于下潜压铁靠前，水下机器人带有一定角度下潜，艏部低于艉部，减小下潜迎流面积，从而减小下潜阻力，加大下潜速度。
4.根据权利要求1所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，下潜过程中是按照如下计算的姿态角控制水下机器人下潜过程中的姿态：
步骤3.1：计算水下机器人下潜过程重心位置(xc下潜，yc下潜，zc下潜)；此时水下机器人下潜过程中吸附着下潜压铁和上浮压铁，计算重心包括上浮压铁和下潜压铁；
步骤3.2：拟定迎流角度，通过水动力仿真软件，计算当前迎流角度下的压力中心位置(xp，yp，zp)；
步骤3.3：下潜过程重心与压力中心连线，判断与迎流是否平行，若平行，当前的迎流角度即为水下机器人下潜过程中的姿态角，否则返回步骤3.1重新计算；所述计算的姿态角用于控制水下机器人下潜过程中的姿态。
5.根据权利要求1所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，所述水下姿态计算步骤如下：
步骤4.1a：定义水下机器人的配重位置和质量；所述配重为单一配重或不同配重的组合；
步骤4.1b：计算浮心坐标(xf，yf，zf)；
式中，xfi，yfi，zfi为第i个计重件的形心位置坐标值，Vi为第i个计重件的排水体积；此时水下机器人搭载上浮压铁，抛掉下潜压铁；所述计重件不包括下潜压铁，包括水下机器人上的各个零部件、配重、上浮压铁；各个零部件的位置、质量已知；
步骤4.1c：计算水下机器人的水下航行重心位置(xc水下航行，yc水下航行，zc水下航行)；此时水下机器人搭载上浮压铁、抛掉下潜压铁，计算重心不包括下潜压铁，包括水下机器人上的各个零部件、配重、上浮压铁；
步骤4.1d：计算水下机器人在水下俯仰角水下横滚角所述水下运行过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的水下运行姿态。
6.根据权利要求5所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，根据水下姿态设计水下机器人在水下运行过程中的预置配重和其布局位置，使得水下机器人在水下运行过程中保持姿态平稳，包括：
步骤4.2：判断水下俯仰角θ水下俯仰角是否满足设定的阈值范围要求，若是则输出当前的配重位置和质量，否则返回步骤4.1a重新计算。
7.根据权利要求1所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，布放起吊姿态计算步骤如下：
步骤5.1a：计算水下机器人布放起吊的重心位置坐标(xc布放起吊，yc布放起吊，zc布放起吊)；布放起吊时，水下机器人上吸附有上浮和下潜压铁，计算重心包括水下机器人上的各个零部件、配重、上浮压铁和下潜压铁；各个零部件的位置、质量已知；
步骤5.1b：定义布放吊钩取吊点位置，根据原点位置，量取吊点坐标(xd布放吊点，yd布放吊点，zd布放吊点)；
步骤5.1c：计算布放起吊后，水下机器人的起吊俯仰角 起吊横滚角/>布放起吊过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的布放起吊姿态。
8.根据权利要求1所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，回收起吊姿态计算步骤如下：
步骤5.2a：计算水下机器人回收起吊的重心位置坐标(xc回收起吊，yc回收起吊，zc回收起吊)；回收起吊时，水下机器人抛掉上浮和下潜压铁，计算重心包括水下机器人上的各个零部件、配重；各个零部件的位置、质量已知；
步骤5.2b：定义回收吊钩取吊点位置，根据原点位置，量取吊点坐标(xd回收吊点，yd回收吊点，zd回收吊点)；
步骤5.2c：计算回收起吊后，水下机器人的起吊俯仰角 起吊横滚角/>回收起吊过程是按照该俯仰角和横滚角控制机器人的回收起吊姿态。
9.根据权利要求4、5、7、8任一项所述的用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法，其特征在于，所述重心位置坐标(xc，yc，zc)计算公式为：
式中，xi，yi，zi为第i个计重件的重心位置，Wi为第i个计重件的质量；布放起吊、回收起吊、下潜和水下运行过程中，计重件不相同；是否包括上浮压铁和下潜压铁按照情况确定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210832174.9A CN115092344B (zh) | 2022-07-14 | 2022-07-14 | 用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210832174.9A CN115092344B (zh) | 2022-07-14 | 2022-07-14 | 用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115092344A CN115092344A (zh) | 2022-09-23 |
| CN115092344B true CN115092344B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=83298762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210832174.9A Active CN115092344B (zh) | 2022-07-14 | 2022-07-14 | 用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115092344B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116256108B (zh) * | 2023-02-02 | 2023-08-29 | 广东智能无人系统研究院(南沙) | 一种水下机器人重浮心量化配平方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6223895A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-01-31 | Tokyo Univ | 重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇 |
| JPH1059282A (ja) * | 1996-08-12 | 1998-03-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水中航走体の昇降操縦方法とその装置 |
| CN109263840A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-25 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法 |
| CN109466728A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-15 | 上海海洋大学 | 应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统 |
| CN109774900A (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-21 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种6000米级深海高机动自主水下机器人 |
| CN110203362A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-09-06 | 上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司 | 一种改变水下机器人航态的方法及可变航态水下机器人 |
| CN111348160A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-30 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种大深度水下机器人浮力匹配计算方法 |
| CN113353215A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-07 | 福建华电可门发电有限公司 | 一种水下机器人可控电磁抛载模块及其应急抛载方法 |
| CN114475959A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 北京蔚海明祥科技有限公司 | 一种水下航行器的配平方法 |
-
2022
- 2022-07-14 CN CN202210832174.9A patent/CN115092344B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6223895A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-01-31 | Tokyo Univ | 重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇 |
| JPH1059282A (ja) * | 1996-08-12 | 1998-03-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水中航走体の昇降操縦方法とその装置 |
| CN109774900A (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-21 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种6000米级深海高机动自主水下机器人 |
| CN109263840A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-25 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法 |
| CN109466728A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-15 | 上海海洋大学 | 应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统 |
| CN110203362A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-09-06 | 上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司 | 一种改变水下机器人航态的方法及可变航态水下机器人 |
| CN111348160A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-30 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种大深度水下机器人浮力匹配计算方法 |
| CN113353215A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-07 | 福建华电可门发电有限公司 | 一种水下机器人可控电磁抛载模块及其应急抛载方法 |
| CN114475959A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 北京蔚海明祥科技有限公司 | 一种水下航行器的配平方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 6000米AUV深海试验研究;李硕;燕奎臣;李一平;刘健;;海洋工程(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115092344A (zh) | 2022-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0169219B1 (en) | Remotely operated underwater vehicle and method of operating same | |
| CN115092344B (zh) | 用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 | |
| CN106542071A (zh) | 用于长航程auv的浮力及姿态均衡装置及控制方法 | |
| CN103732489A (zh) | 用来平衡负载力矩的方法和装置以及用来确定负载位置的方法和测量设备 | |
| CN115826606B (zh) | 一种自升式船舶平台的动力定位控制方法 | |
| CN104039678A (zh) | 具有船和波浪运动的全动态补偿的船和起重机及其控制方法 | |
| CN101357680A (zh) | 舰船在船坞内起浮和二次落墩定位精度控制方法 | |
| CN109591981B (zh) | 一种海洋工程用水下探测机器人 | |
| CN116627043B (zh) | 一种联合锚泊系统的区域动力定位控制方法 | |
| CN109263840B (zh) | 一种水下机器人大潜深下潜中推进器及主动故障诊断方法 | |
| CN106596042B (zh) | 一种水下试验平台 | |
| CN112390136B (zh) | 适用于风机叶片安装的吊具运动控制系统及控制方法 | |
| CN110827616A (zh) | 一种潜艇操舵和均衡控制仿真试验平台及方法 | |
| CN109204747A (zh) | 适用于全海深的无缆式海底观测系统 | |
| CN113978664A (zh) | 一种半潜运载装备压排载智能测控系统 | |
| JP4046154B2 (ja) | 水中航走体 | |
| WO2022062158A1 (zh) | 一种海工浮式平台声学定位监测方法 | |
| KR101630246B1 (ko) | 부력 조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치 | |
| CN113377117A (zh) | 一种水下机器人的声磁光探测器综合搭载装置及搭载方法 | |
| KR20160000111U (ko) | 케이블 로봇을 이용한 수중 탑재물의 이동식 수중 설치 장치 | |
| CN216083499U (zh) | 一种水下机器人的声磁光探测器综合搭载装置 | |
| CN111170176B (zh) | 一种适用于海上或陆上的负载载荷吊装主动减摇控制方法 | |
| CN212670570U (zh) | 一种海上打桩施工用稳桩平台 | |
| CN108839773A (zh) | 一种基于超声波雷达的打捞浮筒控制系统 | |
| CN107257120A (zh) | 一种水下机器人的电缆自动收放设备及自动收放方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |