智能水下机器人技术展望

智能水下机器人作为一个复杂的系统,集成了人工智能、水下目标的探测和识别、数据融合、智能控制以及导航和通信各子系统,是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台.由于水下机器人在海事研究和海洋开发中具有远大前景,在未来水下信息获取、精确打击和“非对称情报战”中也有广泛应用,因此水下机器人技术在世界各个国家中都是一个重要和积极的研发领域.基于实践和在相关技术难题上的经验,对智能水下机器人的发展现状和前景进行了描述,对这些问题可能的解决方案提出了建设性的意见.这些相关的技术包括:水下机器人载体设计技术、体系结构、基础运动控制技术、智能规划与决策技术、系统仿真技术、水下目标探测与识别技术、系统可靠性与容错技术等.随着科学技术的发展,人工智能技术将会在智能水下机器人上得到更为广泛的应用.然而水下机器人技术仍然处于基础研究和试验开发阶段,距离全面应用还有很长的路要走.     

水下视觉环境感知方法与技术

有效感知水下环境是水下机器人自主运动与作业的关键。本文首先对水下视觉环境感知的共性问题进行分析,总结了视觉退化和折射畸变两大共性问题对水下视觉成像产生的影响。其次,围绕如何应对上述挑战,分别从水下视觉恢复方法、水下3维视觉感知以及水下视野增强方法3个方面对国内外主流的水下视觉环境感知方法的研究现状展开综述。最后,对水下视觉环境感知的未来发展趋势进行展望,重点包括集群化视觉感知、多模态感知信息融合、仿生视觉感知等热点研究方向。     

自治水下机器人的研发现状与展望

本文介绍了自治水下机器人的研究意义和分类定义.对水下机器人的研究现状和国内外有代表性的自治水下机器人型号进行了综述.讨论分析了水下机器人研究的的关键技术,包括智能水平,能源问题,导航系统,传感器系统,水下通讯技术和多水下机器人协作研究,并指出了水下机器人的未来发展方向.     

基于单目视觉的水下机器人悬停定位技术与实现

以7000m载人潜水器的水下悬停为应用背景，以单目CCD摄像机为传感器，提出了基于模型的单目视觉定位和基于特征的视觉伺服两种水下机器人视觉悬停技术方案，分别适用于已知模型的观察目标和未知模型的观察目标两种情况．以自行研制的水下机器人控制系统实验平台为实验载体，利用前视摄像机和水下人工目标，建立了水下演示实验验证系统，并在室内实验水池中，分别实现了两种悬停方法的水下演示实验．演示实验表明：在两种视觉悬停方法的闭环控制下，水下机器人能够抵抗恒定水流干扰和人工位置扰动，很好地实现水下悬停作业．     

基于UNITY3D的水下机器人视景仿真方法

水下机器人的视景仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位.一方面应用在水下机器人航行时,进行实时监控,显示机器人的姿态信息.结合海底信息,为操作员的操控提供了重要的辅助信息;另一方面也应用在测试阶段的仿真航行,它可以反馈海底的障碍信息,提供高程深度数据.本文针对水下机器人视景仿真的需要,设计了水下机器人的视景仿真方法,利用UNITY3D技术进行开发,根据实际地图数据建立海底场景,显示水下机器人在水下航行的姿态,提高了海景的渲染效果和真实程度.本方法已经实际应用于"十三五"国家重点研发计划全海深水下机器人"海斗一号"中和国家重点研发计划全海深AUV中,在论证,测试,实用等各个阶段中,该方法都具有重要意义,为水下机器人的进一步研究提供了有力支撑.     

水下焊接机器人技术发展现状及趋势

介绍水下焊接技术发展现状,探讨水下焊接机器人研究的关键技术问题,综述水下焊接机器人的技术发展趋势。     

半结构化场景下移动机器人视觉边线检测综述

面向机器人自主运动的视觉感知技术是实现机器人与环境交互的关键技术之一,边线作为保证机器人运动安全的一种视觉信息,具有广泛的研究价值,而半结构化场景为边线检测带来新的挑战.基于手工提取特征的检测方法在面对非城市环境或路面视觉信息不明显的复杂场景时并不能表现出鲁棒性,利用深度学习方法进行边线检测已成为一种主流趋势.鉴于此,针对半结构化场景下的移动机器人视觉边线检测研究进行综述,考察部分边线检测算法在半结构化场景下的应用前景与应用效果.首先,对常用的边线检测数据集进行整理,从采集场景、标注类型等角度分析当前数据集及研究的侧重点;其次,对不同的方法进行分类与总结,比较检测与数据处理过程;接着,对深度学习常用的评价指标进行整理,并对不同方法在面对不同场景时的检测效果进行比较和分析;最后,针对半结构化场景下边线检测所存在的问题,对基于深度学习的视觉边线检测方法的研究方向进行展望.     

海洋机器人视觉导航研究

海洋机器人视觉导航研究张凤爽（中国科学院沈阳自动化研究所）随着自治式水下机器人（ＡＵＶ）的发展和实用研究，人们对视觉导航的需求越来越迫切，因为视觉导航可以在近距离内为水下机器人提供大量的周围环境信息，而且定位精度比较高，本文对水下机器人视觉导航的有关...     

机器人多传感器信息融合研究综述

多传感器信息融合是一门新兴的技术,在机器人领域有着广阔的应用前景。综述并分析了多传感器信息融合技术在工业机器人、机器手爪、飞行机器人、移动机器人、爬行机器人和水下机器人中应用的研究现状,从机器人传感器的研制、融合算法、多传感器管理和信息融合仿生机理等方面总结了机器人多传感器信息融合的发展趋势。     

平行双目视觉系统在康复理疗自动识别系统中的应用

本文在研究双目视觉和国内外康复系统发展现状的基础上,提出将计算机双目视觉技术应用于人体康复理疗自动识别系统,研究基于计算机双目视觉技术的人体康复过程自动识别系统。计算机立体视觉是机器人研究的重要内容,被人们广泛研究。随着研究的不断深入,计算机双目视觉技术在生物医学、制造工业和信息工业等领域逐渐显示出广阔的应用前景。本文研究从两幅二维图像获得三维场景的计算机平行双目视觉技术。主要研究目的是通过利用同一康复训练肢体的两幅不同图像实现空间三维坐标的重建。     

智慧生态水产养殖系统

针对工厂化海参养殖信息化低的现状,设计并实现了具有养殖环境水质监测、养殖环境水质分析评价、水下视频观测、养殖知识普及等功能的系统.该系统经测试,水质检测准确,水下视频观测实时清晰,可以满足海参养殖的实际需要.系统的推广可以帮助养殖企业进行养殖决策,提高养殖的智能化水平.利用工业化和智能化在水产养殖业领域的纵向扩散和深度融合,来探索现代化养殖模式,提升智能技术在渔业经济发展中的贡献率.     

基于机器视觉的自主式救援机器人的研究

本文将面向自主式救援机器人,从现阶段日本、中国对自主式救援机器人研究现状出发,深入分析自主式救援机器人的功能需求和硬件设备需求,并且结合自主式救援机器人工作中所具备的功能进行研究。在灾害事故当中,由于环境复杂救援人员难以勘探真实的灾害环境,从而影响救援效果,而自主式救援机器人则能够通过自身强大的移动、远程通信、监测与跟踪等功能为救援人员提供帮助。面对灾害事故频发的现代化社会,救援机器人的研发已成为全球重要的研究事项。     

Analysis of Dynamic Characteristics of Water Hydraulic Rotating Angle Self-Servo Robot Joint Actuator

The application of robots as a tool to explore underwater environments has increased in the last decade. Underwater tasks such as inspection, maintenance, and monitoring can be automatized by robots. The understanding of the underwater environments and the object recognition are required features that are becoming a critical issue for these systems. On this work, a method to provide a semantic mapping on the underwater environment is provided. This novel system is independent of the water turbidity and uses acoustic images acquired by Forward-Looking Sonar (FLS). The proposed method efficiently segments and classifies the structures in the scene using geometric information of the recognized objects. Therefore, a semantic map of the scene is created, which allows the robot to describe its environment according to high-level semantic features. Finally, the proposal is evaluated in a real dataset acquired by an underwater vehicle in a marina area. Experimental results demonstrate the robustness and accuracy of the method described in this paper.     

可穿戴式下肢外骨骼康复机器人研究进展

对于脊髓损伤、脑损伤等因素导致下肢运动障碍的患者,利用下肢外骨骼康复机器人可在患者损伤早期进行精准康复,并在康复过程中优化康复策略。本文详细对比了下肢外骨骼康复机器人相比于传统康复方法的优势,并结合国内外研究现状阐述了不同外骨骼机器人的设备特点及应用场景,详细分析了机器人的驱动方式、控制系统以及训练模式等关键技术。最后,着重探讨了下肢外骨骼康复机器人未来发展所面对的挑战,并针对机械结构优化、驱动算法优化、康复流程智能化、基于虚拟现实技术的应用场景优化及康复效果评估等5方面提出了可行的探讨,对下肢外骨骼康复机器人未来的技术发展趋势作出可行分析。     

适于水下船体的爬壁机器人关键技术及其研究进展

水下船体表面清刷和检测为爬壁机器人开辟了新的应用领域,其特点是机械本体稳定地吸附在水下船体表面上,同时能够灵活地完成移动、转向、越障等行走功能,进而完成针对船体表面的检测、清刷等作业。文中重点介绍了几种水下船体作业的爬壁爬行机器人,并对机器人的吸附和行走两个关键技术进行了分析,总结了水下船体作业机器人研究中的一些难点问题及其发展趋势。     

Wearable Robots for Human Underwater Movement Ability Enhancement: A Survey

Underwater robot technology has shown impressive results in applications such as underwater resource detection. For underwater applications that require extremely high flexibility, robots cannot replace skills that require human dexterity yet, and thus humans are often required to directly perform most underwater operations. Wearable robots (exoskeletons) have shown outstanding results in enhancing human movement on land. They are expected to have great potential to enhance human underwater movement. The purpose of this survey is to analyze the state-of-the-art of underwater exoskeletons for human enhancement, and the applications focused on movement assistance while excluding underwater robotic devices that help to keep the temperature and pressure in the range that people can withstand. This work discusses the challenges of existing exoskeletons for human underwater movement assistance, which mainly includes human underwater motion intention perception, underwater exoskeleton modeling and human-cooperative control. Future research should focus on developing novel wearable robotic structures for underwater motion assistance, exploiting advanced sensors and fusion algorithms for human underwater motion intention perception, building up a dynamic model of underwater exoskeletons and exploring human-in-the-loop control for them.      

V-SLAM深度学习闭环检测研究进展与展望

闭环检测是同步定位与建图（simultaneous localization and mapping,SLAM）中的一个重要组成部分,用于减少移动机器人在位置估计和构建环境地图时产生的累计误差。传统方法采用人工设计的特征,但在外界环境中容易受到光照、天气和视点变化等因素所带来的影响。随着深度学习技术的发展,闭环检测得到广泛的探索,且在复杂环境中基于深度学习的闭环检测具有较强的鲁棒性。通过梳理闭环检测的背景和发展现状,从基于深度卷积神经网络、自动编码器和语义信息三个方面,对目前视觉SLAM（visual-SLAM,V-SLAM）闭环检测方法的基本原理、算法特点进行了对比分析,并从视觉应用层面上总结了三类方法所适用的场景,最后讨论了闭环检测未来在自然环境变化、多移动目标和实时动态三个方面所存在的挑战和研究展望。     

A Survey of Underwater Multi-Robot Systems

As a cross-cutting field between ocean development and multi-robot system (MRS), the underwater multi-robot system (UMRS) has gained increasing attention from researchers and engineers in recent decades. In this paper, we present a comprehensive survey of cooperation issues, one of the key components of UMRS, from the perspective of the emergence of new functions. More specifically, we categorize the cooperation in terms of task-space, motion-space, measurement-space, as well as their combination. Further, we analyze the architecture of UMRS from three aspects, i.e., the performance of the individual underwater robot, the new functions of underwater robots, and the technical approaches of MRS. To conclude, we have discussed related promising directions for future research. This survey provides valuable insight into the reasonable utilization of UMRS to attain diverse underwater tasks in complex ocean application scenarios.      

水下机器人通用实时控制软件研究与实现

随着水下机器人技术的市场化，水下机器人通用实时控制软件成为研究热点．本文在总结水下机器人功能的基础上提出了水下机器人通用实时控制软件的三层体系结构．并介绍了按照这一体系结构开发出的一套水下机器人通用实时控制软件．