The design and research of the soft robotic manipulator for AUV docking assistance

The development of technology makes it possible for human being to explore ocean space where reserves abundant resource. Autonomous Underwater Vehicle (AUV), as one of the powerful tools for exploring marine space, play an increasingly important role in military and scientific research. In order to improve the AUV's battery life and mission execution capabilities, underwater docking has become a very important research area. The guiding hood docking device has the advantages of simple structure, low cost and wide application, but has the problem of low success rate. On the other hand, the soft gripper can grasp various shapes due to its natural flexibility and adaptability. Therefore, this thesis innovatively proposes an underwater docking assistance manipulator based on the soft gripper, which makes full use of the excellent flexibility and adaptability of the soft gripper to better assist in the docking of the AUV. In this thesis, the multi-chamber structure soft actuator is adopted. A soft actuator is designed and manufactured successfully. Then, this thesis models and analyzes the soft actuator, establishes the mathematical model of the actuator, and derives the mathematical relationship between the internal fluid pressure and the output deformation curvature of the actuator. This thesis also designs the connection device to ensure the reliable connection between the gripper and the motor drive system. The key performance of the vector control motor drive system is analyzed through MATLAB simulation. This system is both successfully verified by experiments in the air and under water. This thesis selects the SIWR-II underwater manipulator as research object, builds its kinematic and dynamic model. This thesis also linearizes and decouples the model based on small disturbance linearization and coupled torque method. The model reference adaptive control system is designed. A control strategy for assisting docking is also studied and designed to plan the path when the soft robotic manipulator is used to perform docking assistance. Finally, the validity of the designed system is verified by simulation.

Lo sviluppo della tecnologia consente all'essere umano di esplorare lo spazio oceanico in cui le riserve abbondano di risorse. Autonomous Underwater Vehicle (AUV), è uno dei più potenti strumenti per esplorare lo spazio marino e svolge un ruolo sempre più importante nella ricerca militare e scientifica. Al fine di migliorare la durata della batteria dell'AUV e le capacità di esecuzione di ogni missione, l'attracco subacqueo è diventato un'area di ricerca molto importante. Il dispositivo di aggancio del cofano guida presenta i vantaggi di una struttura semplice, di un basso costo e di un'ampia gamma di applicazione, ma presenta il problema del basso tasso di successo. D'altra parte, la pinza morbida può afferrare varie forme grazie alla sua naturale flessibilità e adattabilità. Pertanto, questo lavoro di ricerca propone in modo innovativo un braccio robot di ancoraggio subacqueo basato sulla pinza morbida, che sfrutta appieno l'eccellente flessibilità e adattabilità della pinza morbida per facilitare l'ancoraggio dell'AUV. In questo lavoro viene adottato l'attuatore morbido a più cavità ed un attuatore morbido è progettato e prodotto con successo. Pertanto si modella e analizza l'attuatore morbido, si stabilisce il modello matematico dell'attuatore e si ricava la relazione matematica tra la pressione del fluido interno e la curvatura di deformazione di uscita dell'attuatore. In questa ricerca si progetta anche il dispositivo di connessione per garantire il collegamento affidabile tra la pinza e il sistema di azionamento del motore. Le prestazioni chiave delle prestazioni del sistema di azionamento del motore di controllo vettoriale vengono analizzate mediante la simulazione MATLAB. Questo sistema è verificato con successo sia da esperimenti in aria sia da esperimenti sott'acqua. Questa tesi seleziona il manipolatore subacqueo SIWR-II come oggetto di ricerca e costruisce il suo modello cinematico e dinamico. Questa tesi inoltre linearizza e disaccoppia il modello basandosi sulla linearizzazione dei piccoli disturbi e sul metodo della coppia accoppiata. Il sistema di controllo adattativo di riferimento del modello è anche progettato. Una strategia di controllo per l'assistenza all'attracco è anche studiata e progettata per pianificare il percorso quando il manipolatore robotico morbido viene utilizzato per eseguire l'attracco ausiliario. Infine, la validità del sistema progettato è verificata mediante simulazione. Questo documento stabilisce il modello dinamico di questo braccio robotico a pinza morbida, linearizza e disaccoppia il modello basandosi sulla linearizzazione dei piccoli disturbi e sul metodo dei momenti accoppiati. Il sistema di controllo adattativo di riferimento del modello è anche progettato. Una strategia di controllo per l'assistenza all'attracco è anche studiata e progettata per pianificare il percorso quando il manipolatore robotico morbido viene utilizzato per eseguire l'attracco ausiliario. Infine, la validità del sistema progettato è verificata mediante simulazione.