智能水下機(jī)器人模塊化建模技術(shù)研究.pdf

1、正如基于火箭推送系統(tǒng)的宇宙飛船、探測(cè)器等是人類探測(cè)宇宙空間的必備手段,專為水下作業(yè)尤其是深海作業(yè)而生的智能水下機(jī)器人,擺脫了線纜限制,基于人工智能的決策與控制技術(shù),自主完成預(yù)定任務(wù),成為人類對(duì)海洋探測(cè)、開發(fā)與利用的最佳工具。針對(duì)定向任務(wù)的智能水下機(jī)器人,只能搭載有限的功能負(fù)載,無(wú)法滿足日益多樣性的任務(wù)需求。目前較可行的解決方案是:研制一種模塊化的,任務(wù)可重構(gòu)、功能可擴(kuò)展的水下機(jī)器人,它具有一套按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的功能模塊。配置不同的功能部

2、件,就能實(shí)現(xiàn)不同功能,使同一個(gè)/款水下機(jī)器人,完成多種任務(wù)成為可能。與智能水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)和硬件方面的模塊化相匹配,對(duì)潛水器建模時(shí)也采用模塊化的思想,提升了數(shù)據(jù)的利用率和工作效率,降低了水動(dòng)力的模塊化應(yīng)用的復(fù)雜程度,為模塊化技術(shù)的應(yīng)用和普及提供便利。
　　首先基于水下機(jī)器人模塊化理論與理念,給出了模塊與開放平臺(tái)的的概念,詳述了模塊的劃分原則。按照功能和結(jié)構(gòu)兩種方式對(duì)模塊進(jìn)行分析。已成型的模塊需要選擇一種簡(jiǎn)單高效的建模方法,通過(guò)對(duì)模塊

3、結(jié)構(gòu)以及其它影響因素的分析,基于模塊化理論,建立一種簡(jiǎn)單有效的,水動(dòng)力模塊化建模方法。
　　為了構(gòu)建出水下機(jī)器人的水動(dòng)力模型,分析了水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型。建立兩個(gè)坐標(biāo)系,并推導(dǎo)出坐標(biāo)變換關(guān)系,根據(jù)牛頓第二定律,將水下機(jī)器人設(shè)為剛體,推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,所有外力歸類分析,通過(guò)推導(dǎo)與計(jì)算,建立動(dòng)力學(xué)模型,繼而得到兩個(gè)坐標(biāo)系下,六自由度運(yùn)動(dòng)的平衡方程。
　　對(duì)水下機(jī)器人進(jìn)行模塊化建模,根據(jù)模塊化原則,利用流

4、體力學(xué)的理論,以及經(jīng)驗(yàn)公式,確立模塊化水動(dòng)力模型的建立方法。針對(duì)流行艇體,將模塊數(shù)據(jù)化,建立標(biāo)準(zhǔn)的模塊數(shù)據(jù)格式。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式和切片理論,給出基于模塊的受力分析方法。通過(guò)模塊化的分析方法,建立完整的模塊化六自由度水動(dòng)力模型。
　　通過(guò)仿真對(duì)比試驗(yàn),將建立的模型與傳統(tǒng)的水動(dòng)力模型相比較,通過(guò)潛水器各個(gè)典型機(jī)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的對(duì)比,驗(yàn)證模塊化水動(dòng)力建模的可行性。并設(shè)計(jì)能夠快速得到水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)的算法軟件,進(jìn)一步提升模塊化建模的便