鲍轩

(中国舰船研究院，北京 100192)

1 水下机器人与任务建模

本文水下机器人实体为中小型作业ROV，总体尺寸大约为0.82 m×0.68 m×0.50 m，配有2 个密封舱，分别是电源舱与控制舱。动力系统为6 个推进器，水平有4 个，为矢量布置，2 个垂推前后布置。作业系统为2 关节机械臂。传感器配有深度计、高度计、加速度计、多普勒测速仪、摄像机、声呐等。

对ROV 以及水池环境在仿真软件MuJoCo 中进行建模，主要包括模型的尺度、形状、密度、重量等参数的设定。

1.1 水下机器人建模

MuJoCo 表示“多连接体动力学”。它由Emo Todorov 为Roboti LLC 开发。最初，它在华盛顿大学的运动控制实验室中使用，现在已被众多研究人员和开发人员所采用。其旨在促进机器人技术，生物力学，图形和动画以及其他需要快速而准确的仿真的领域的研究和开发，提供了速度，准确性和建模能力的独特组合。其为开源软件，通过把自己建立的模型导入其中，进行仿真演示、数据收集等工作。

ROV 建模采用与真实比例1∶1 进行建模，但因为ROV 中有些部分难以精确绘制，会耗费大量时间，并且不是影响仿真结果的主要原因，故仿真模型只是尽可能逼近真实ROV，省略了缆，螺旋桨推进器和一些传感器、连接件设备。仿真模型见图1。

为了对仿真中的动力学计算进行讨论[1]，定义需要用到的符号见表1。

其中，仿真时刻要计算的不但有刚体平动，还有关节的转动，所以需要用到约束雅可比行列式。雅可比行列式建立关节坐标和约束坐标之间的数量关系。它将关节的运动矢量（速度和加速度）对应到约束坐标：关节速度 v 映射到约束坐标中的速度 Jv。……