(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111496024.7 (22)申请日 2021.12.09 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113901593 A (43)申请公布日 2022.01.07 (73)专利权人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 林鸣威　张卓玉　杨灿军　李德骏　 吴世军　陈燕虎　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 代理人 高燕 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 113601509 A,2021.1 1.05 CN 101798 848 A,2010.08.1 1 CN 109911124 A,2019.0 6.21 CN 109227539 A,2019.01.18 AU 2004205187 A1,20 05.03.10 张涛;李德骏;林鸣威;张梦 辉;杨灿军. “海 底观测网非接 触式水下接驳系统的设计与实 现”. 《上海交通大 学学报》 .2018,第52卷(第7 期), 刘龙.“变体全柔性翼扑动推进水 下航行器 设计与研究 ”. 《中国优秀博硕士学位 论文全文数 据库(博士) 工程科技 Ⅱ辑》 .2019,(第2期), Marvin Wright;Yang Luo;Q ing Xiao;Mark Post;Wael Gorma等."CFD-FSI Analysis o n Motion Control of Bio-Inspired Underwater AUV System Uti lizing PID Co ntrol". 《2020 IEEE/OES Auto nomous Underwater Vehicles Symposium (AUV)》 .2020, 审查员 焦天栋 (54)发明名称 一种水下柔性回收机构形态与刚度调控方 法 (57)摘要 本发明公开了一种水下柔性回收机构形态 与刚度调控 方法， 主要包括基于运动捕获系统与 姿态传感器等数据的水下柔性回收机构动力学 模型参数辨识； 通过Matlab ‑Admas联合仿真分析 AUV回收碰撞过程， 依据碰撞情况及回收成功率 确定水下柔性回收机构柔性臂的最佳形态和 刚 度参数， 形成水下柔性回收机构柔性臂形态和刚 度的控制策略； 将水下柔性回收机构柔性臂形态 和刚度的控制策略转换成对应阶段的柔性臂的 目标驱动压力， 基于柔性臂当前的压力、 位姿信 息以及目标驱动压力与位姿， 调整柔性臂各腔的输入压力， 完成指定动作形态。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 113901593 B 2022.03.25 CN 113901593 B 1.一种水 下柔性回收机构形态与刚度调控方法， 其特 征在于， 包括： （1） 构建水下柔性回收机构的动力学数学模型， 通过粒子群优化算法进行模型参数辨 识， 得到修 正后的水 下柔性回收机构的动力学模型； （2） 将AUV和水下柔性回收机构的动力学模型导入Matlab软件； 将AUV和水下柔性回收 机构的三维物理模型导入Adam s软件； 建立Matlab软件与Adam s软件的联合仿真接口； （3） 将AUV的运动参数以及水下柔性回收机构的刚度特性导入Adams软件中， 对AUV和水 下柔性回收机构的碰撞进行仿真， 获得水下柔性回收机构对AUV的接驳导引效果和水下柔 性回收机构的形变参数； 将所述的形变参数输入碰撞力模型得到水下柔性回收机构的受力 信息； （4） 将AUV的运动参数、 水下柔性回收机构的驱动压力以及步骤 （3） 中获得的形变及受 力信息导入Mat lab软件， 对AUV和水下柔性回收机构的碰撞进 行仿真， 获得水下柔性回收机 构柔性臂在碰撞后的速度和位移信息； （5） 基于Matl ab软件和Adams软件的仿真结果对AUV和水下柔性回收机构的碰撞过程进 行分析， 依据碰撞情况及回收成功率确定水下柔性回收机构柔性臂的最佳形态和刚度参 数， 形成水 下柔性回收机构柔 性臂形态和刚度的控制策略； （6） 将水下柔性回收机构柔性臂形态和刚度的控制策略转换成对应阶段的柔性臂的目 标驱动压力， 基于柔性臂当前的压力、 位姿信息以及目标驱动压力与位姿， 调整柔性臂各腔 的输入压力， 完成指定动作形态。 2.根据权利要求1所述的水下柔性 回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 所述的 水下柔性回收机构包括本体和驱动系统； 所述的本体包括通流平板和至少三个柔性臂； 所述的柔性臂呈圆周等间距分布在所述 的通流平板上； 所述的柔性臂 为圆柱形， 由柔性材料制作而成， 其内部含有若干个圆柱形的 通流空腔； 所述的通流空腔的一端封闭， 另一端开口； 通过液压驱动控制各个通流空腔内的 压力， 以实现柔性臂的伸缩、 弯曲、 扭转以及变刚度功能； 所述的柔性臂末端设有光学标记 点及姿态传感器， 所述的通 流空腔进口设有压力传感器； 所示的驱动系统包括电机、 水泵、 比例阀组、 控制电路以及流体管路； 通过控制电路控 制电机驱动水泵及比例阀组来调节各个通 流空腔内的压力。 3.根据权利要求2所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 步骤 （1） 中， 采用不同的驱动压力驱动水下柔性回收机构， 在水下柔性回收机构形态变化过程 中， 采用运动 捕捉系统来识别所述的光学标记点， 解算柔性臂末端的位移和速度； 采用所述 的姿态传感器记录柔性臂末端的角度和角速度； 采用所述的压力 传感器采集柔性臂的通流 空腔的压力数据； 将运动捕捉系统、 姿态传感器及压力传感器采集的数据及其对应的时间 戳输入计算机， 通过粒子群优化算法对水下柔性回收机构的动力学数学模 型进行模型参数 辨识。 4.根据权利要求3所述的水下柔性 回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 所述的 运动捕捉系统为Optit rack系统。 5.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 步骤 （3） 中， 水下柔性回收机构的刚度特性为刚度系数； 将水下柔性回收机构的驱动压力输入等 效刚度模型获得 所述的刚度系数。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113901593 B 26.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 步骤 （3） 中， 所述的碰撞力模型采用库伦摩擦力作为AUV与水下柔性回收机构的摩擦力； 以非线 性阻尼模型来描述接触正压力。 7.根据权利要求1所述的水下柔性回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 步骤 （5） 中， 以碰撞力最小、 回收成功 率最高的情况下确定水下柔性回收机构最佳形态与刚度参 数。 8.根据权利要求1所述的水下柔性 回收机构形态与刚度调控方法， 其特征在于， 还包括 在高压模拟环境下对水 下柔性回收机构的控制性能进行测试， 测试 方法包括： 将水下柔性 回收机构通过耐压固定在高压舱内， 通过加压泵对高压舱进行加压注水来 模拟水下高压环境； 通过高压舱外上位机控制系统对水下柔性回收机构的柔性臂各个通流 空腔的压力进行调节； 通过摄像头上位机监控画面判断水下柔性回收机构的动作形态， 并 基于水下柔性回收机构的传感器反馈信息调节控制参数， 从而使 水下柔性回收机构达到预 期的形态与刚度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113901593 B 3