买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：哈尔滨工程大学

摘要：本发明公开一种大时延下的水下机器人遥操作装置及实现方法，包括：采集模块、模型构建模块、遥操作模块、水下机器人、仿真显示器、第一通信装置、第二通信装置；采集模块用于获取水下场景影像；模型构建模块用于构建虚拟水下任务场景模型和虚拟水下机器人；遥操作模块用于输出控制指令、获取虚拟水下机器人的未来运动状态、更新虚拟水下任务场景模型；水下机器人用于动作获取真实运动状态；仿真显示器用于显示虚拟水下任务场景模型、虚拟水下机器人、未来运动状态和真实运动状态；第一通信装置用于时延传输控制指令；第二通信装置用于时延回传真实运动状态。本发明能够通过多步预测克服时延影响，解决大时延下的水下机器人状态预测问题。

主权项：1.一种大时延下的水下机器人遥操作装置，其特征在于，包括：采集模块、模型构建模块、遥操作模块、水下机器人、仿真显示器、第一通信装置、第二通信装置；所述采集模块用于获取所述水下机器人周围的水下场景影像；所述采集模块包括摄像机和前视声呐；所述摄像机用于拍摄所述水下机器人周围的影像；所述前视声呐用于获取所述水下机器人周围的声呐影像；所述模型构建模块用于根据所述水下场景影像和所述水下机器人构建虚拟水下任务场景模型和虚拟水下机器人；所述遥操作模块用于根据所述虚拟水下任务场景模型输出控制指令，并基于所述控制指令获取所述虚拟水下机器人的未来运动状态，以及基于真实运动状态和所述未来运动状态更新所述虚拟水下任务场景模型；所述水下机器人用于根据所述控制指令进行动作，并获取真实运动状态；所述仿真显示器用于显示所述虚拟水下任务场景模型和所述虚拟水下机器人，以及通过所述虚拟水下机器人预测的未来运动状态和通过所述水下机器人获得的真实运动状态；获得所述水下机器人的未来运动状态包括以下步骤：S5.1、构建所述水下机器人的运动学模型和动力学模型；S5.2、对所述运动学模型和动力学模型进行实时线性拟合运算，获得建模误差和外界干扰的最优值；S5.3、将所述控制指令、建模误差、外界干扰的最优值、真实运动状态输入所述虚拟机器人中，获得所述水下机器人的未来运动状态；所述S5.2中的实时线性拟合运算方法采用最小二乘法；所述水下机器人的运动学模型具体为： 式中，分别为水下机器人在固定坐标系下x轴、y轴、z轴上的线速度，分别为水下机器人在固定坐标系下的纵倾角速度和艏向角速度；u、v、w分别为水下机器人在随体坐标系下x轴、y轴、z轴上的线速度，q、r分别为水下机器人在随体坐标系下的纵倾角速度和艏向角速度；ψ、θ分别为水下机器人在固定坐标系下的艏向角和纵倾角；所述水下机器人的动力学模型具体为： 式中，分别为随体坐标系下x轴、y轴、z轴上的线加速度；分别为随体坐标系下的纵倾角加速度和艏向角加速度；m1、m2、m3分别为x、y、z方向考虑附加质量之后的质量；m5、m6分别为绕y、z轴转动方向考虑附加质量后的质量；τu、τq、τr分别为纵向推力、纵倾力矩和转艏力；ρ、g、GML分别为水的密度、重力加速度、水的容积和纵向稳心高；fkk为水下机器人建模误差项和外界干扰项，k＝u，v，w，q，r；获得所述水下机器人的未来运动状态包括：S5.3.1、通过传感器获取n个时刻的水下机器人的真实运动状态，该真实运动状态包括水下机器人的位置和运动状态数据；S5.3.2、将n个时刻的水下机器人的位置和运动状态数据作为训练样本输入虚拟机器人中，构建预测模型；S5.3.3、通过欠驱动水下机器人建模误差项和外界干扰项获得残差和，基于残差和对预测模型进行修正； 式中，JLSθ为残差和；Φ为n维设计矩阵，行表示训练样本，列表示自变量；θT为权重系数向量；ΦθT表示预测值；y为n维向量，表示加速度的实际值；S5.3.4、基于修正后的预测模型递推出水下机器人的未来运动状态；所述第一通信装置用于将所述控制指令时延传输给所述虚拟水下机器人和所述水下机器人；所述第二通信装置用于将所述真实运动状态时延回传给所述遥操作模块。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 哈尔滨工程大学 一种大时延下的水下机器人遥操作装置及实现方法