[发明专利]面向溢油围捕的柔性连接式双无人艇自主协同方法

说明书

本发明公开了一种面向溢油围捕的柔性连接式双无人艇自主协同方法，(1)根据溢油所在位置、无人艇初始位置与柔性连接式无人艇的动力学特性，规划出一条满足多个约束条件的航行轨迹；(2)对得到的航行轨迹进行轨迹跟踪；(3)在进行轨迹跟踪过程中，为确保双无人艇能够完成任务，并减小柔性连接作用力和力矩的不利影响，采用基于模糊零空间的行为融合方法，根据所述柔性连接作用力和力矩的影响、实时地修正无人艇的期望艏向与航速；(4)无人艇的运动控制器解算出控制指令，驱使无人艇的实际艏向与航速达到期望值。本发明利用模糊零空间方法有效消除柔性连接作用力和力矩产生的不利影响，实现了柔性连接式双无人艇的自主协同控制。

技术领域

本发明涉及一种面向溢油围捕的柔性连接式双无人艇自主协同方法，属于无人航行器的协同控制领域。

背景技术

近年来，在近海岸区域接卸油作业中发生的溢油事故呈上升趋势，对环境造成了灾难性影响和重大经济损失。溢油长时间漂浮在海面上，会极大威胁到海洋生态安全。国际油轮污染治理联盟通常使用两艘有人船携带围油栏来清理溢油，但这种传统的溢油回收作业方式人工操作难度大、准备时间长、经济性差，而且溢油挥发出的气体对人体有害，因而考虑采用无人艇执行溢油回收工作。

专利号：201310695162.7，名称为“一种无人水上收油艇”，提供了一种无人水上收油艇。该无人艇除了具有传统溢油回收艇的功能以外，还可以实现人工远程遥控作业、半自动以及全自动回收作业，可以避免溢油对于人体造成的伤害，降低回收难度。但仅仅涉及到单无人艇的收油控制，无法进行多个无人艇的协同收油作业，回收效率较低。

专利号201610121184.6，名称为蚁群式动态溢油回收系统及其溢油回收方法，提供了一种多个无人艇协同作业的溢油回收无人艇系统及溢油回收方法。所属无人艇溢油回收系统，利用子母船携带无人艇前往溢油区域，通过子母船对溢油的情况进行总体监测，之后根据溢油分布情况将回收任务分配给各无人艇组，无人艇组在主艇的带领下，采用弹性栅格法进行环境建模，将环境分成许多小区域，并利用dijkstra算法实现最优路径的选取，完成航迹规划。所述方法只是将无人艇组中各艇航行视作单独个体的运动，归根结底还是单无人艇溢油回收，不仅没有对无人艇之间的自主协同行为进行融合控制，而且没有考虑多无人艇之间存在的相互干扰，认为只需要依照预定的路径进行航行，即可完成溢油的回收。

实际上以围油栏等柔性连接方式连接双无人艇进行溢油回收的过程中，若双无人艇的位置与航行速度处于不同状态，所述的柔性连接会对无人艇产生不同的力和力矩作用，无人艇难以依照预定的航行轨迹航行，特别是对无人艇的艏向产生显著影响。

文献“Fully Automatic Boom Towing by Unmanned Ships:ExperimentalStudy”中，Jimenez 和Giron-Sierria等人通过水池实验得出双无人艇携带的围油栏等柔性连接在水面运动时，受到的流体阻力较大，对欠驱动无人艇的航态有不可忽视的影响。无人艇的艏向虽然一直在变化，以试图修正双无人艇间的间距，然而无人艇的欠驱动特性导致了双无人艇间的横向距离修正会有时滞性，进而导致双无人艇间的横向距离与艏向偏差越来越大，从而产生“拖曳分离”现象，双无人艇之间的横向距离将会随着时间累积不断增大，最终导致双无人艇的协同控制失效，无法完成围捕溢油任务。

发明内容

本发明针对单个收油艇回收溢油效率低下，而双无人艇在围油栏等柔性连接的力和力矩作用下，存在双无人艇之间的横向距离有时会不断增大，导致溢油围捕失败的问题，提供了一种面向溢油围捕的柔性连接式双无人艇自主协同方法。

本发明的目的是这样实现的：第一步：利用惯导以及GPS获得双无人艇当前位姿状态；

第二步：双无人艇判断是否需要对溢油进行围捕：若需要进行围捕，则探测溢油位置以及溢油面积；若不需要进行围捕，则获取目的地的位置；