两栖机器人轮桨腿驱动机构多目标优化设计

提出了一种既能够在陆地上爬行,又能够在一定深度的水下浮游和在海底爬行的新概念轮桨腿一体化两栖机器人;多运动模式和复合移动机构是该机器人的突出特点．分析了轮桨腿复合式驱动机构的运动机理,并采用多目标优化设计理论和算法,对驱动机构的爬行性能和浮游特性进行了综合优化,得到了两栖机器人驱动机构的结构优化参数．虚拟样机的仿真结果证明了该轮桨腿一体化两栖机器人驱动机构的综合运动性能良好,对非结构环境具有一定的适应能力．     

光纤微缆对SARV操纵性的影响分析

以新概念小型自治遥控水下机器人SARV及其光纤微缆系统为研究对象,在对光纤微缆进行受力分析的基础上,采用集中质量法建立了光纤微缆的动力学模型。结合作业中SARV载体的实际运动,利用直接计算法分析了不同运动状态下光纤微缆对SARV载体产生的附加力和附加力矩及其对SARV载体操纵性的影响,并提出了合理的操纵建议。为SARV载体端设计光纤微缆释放装置张力控制提供了一定的理论依据,在一定程度上有助于完善SARV控制系统,提高SARV航行的稳定性。     

形状记忆合金驱动的曲柄滑块机构多目标优化设计

提出了一种应用于水下机器人方向舵、滑块为原动件的曲柄滑块传动机构,形状记忆合金差动驱动是该机构的突出特点.分析了形状记忆合金差动驱动的曲柄滑块机构运动机理,基于形状记忆合金驱动器的变形能力和力学性能,采用多目标优化设计理论和算法,对形状记忆合金差动驱动的滑块行程和作用在滑块上的初始驱动力进行了综合优化,得到了曲柄滑块机构的结构优化参数,同时为形状记忆合金差动驱动器的性能参数设计提供了理论依据和设计准则.虚拟样机仿真试验验证了机构良好的驱动和传动性能.     

基于相对测量的水下机器人主动定位方法研究

水下机器人的自主快速精确定位是完成海洋资源勘探、目标探测定位与追踪等水下作业任务的前提.论文研究基于相对测量的水下机器人主动定位方法,解决存在大的初始定位偏差情况下多水下机器人的快速定位问题.论文提出包括测量、估计和控制三个模块的多水下机器人快速主动定位框架,降低相对测量误差、初始偏差带来的定位不确定性,同时使多机器人定位具有良好的可扩展性.提出的主动接近信标策略优势在于:被定位机器人与信标的相对几何位置收敛过程中,机器人的定位估计快速指数收敛.利用受噪声干扰的相对测距信息,论文采用强化学习方法实现提出的主动接近信标机动策略.开展的数值仿真实验结果表明:相对于基于圆形轨迹、梳状形轨迹机动策略的定位方法,论文所提方法使得水下机器人定位过程具有更好的快速性和鲁棒性.     

基于能耗优化的深海电动机械臂轨迹规划

由于深海电动机械臂动力学模型较为复杂,难以基于动力学模型构建精确的能耗优化目标函数,因此,本文提出一种利用径向基函数（RBF）神经网络构建机械臂功耗模型的方法．首先,利用机械臂水下运动实验数据集训练所构建的RBF神经网络．利用基于该神经网络的功耗模型,结合机械臂关节空间轨迹规划多项式,建立机械臂能耗目标函数．然后,采用自适应粒子群优化（PSO）算法求解最优轨迹参数．结果显示,RBF功耗网络均方根误差（RMSE）为20.89 W;经过优化的轨迹的能耗比实验轨迹的能耗均值降低410.8 J（18.3%）．实验结果表明基于自适应PSO算法的轨迹规划方法实现了能耗优化的目标．     

基于逆模型的混合驱动水下滑翔机垂直面控制

混合驱动水下滑翔机（Hybrid-driven underwater gliders ,简称HDUGs)是集无人自治水下机器人（Automomous Underwater Vehicles ,简称 AUVs）和水下滑翔机（Autonomous Underwater Gliders,简称 AUGs）于一体的新型水下机器人。由于HDUGs是非线性、强耦合,且受到海流、结构不确定等因素的影响,为了克服这些问题,针对混合驱动水下机器人工作在混合模式下,对其垂直面提出了一种基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法,该方法将原始系统解耦为两个单入单出的线性系统,仿真结果证明了该方法具有良好的控制性能,而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。     

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.     

全海深ARV浮力配平计算方法

全海深ARV(自主遥控水下机器人)下潜至马里亚纳海沟,机器人工作环境温度降低、海水压力增大,会引起载体结构、补偿油体积变化.根据深渊海水密度、重力加速度和机器人体积的变化,计算得到机器人浮力状态的变化量,从而计算机器人浮力配平.通过公式推导并结合"海斗号"ARV深潜数据和补偿油压缩实验数据,得到全海深ARV浮力配平计算方法.其主要包括海水密度测算、马里亚纳海沟重力加速度测算、机器人结构和补偿油排水体积变化测算.计算得出在11000 m深度实现浮力配平所需的压载为8.9 kg.完成"海斗号"ARV浮力配平,保障机器人深渊工作环境浮力与重力匹配,成功进行了多次马里亚纳海沟万米深潜.本文方法为全海深水下机器人浮力配平提供了理论计算依据.     

"海斗号"全海深自主遥控水下机器人参数化设计方法与试验研究

以"海斗号"全海深自主遥控水下机器人(ARV)高效地实现深渊探测为目标,在分析其面向使命的典型性能指标的基础上,提出运用模糊层次分析法,构建"海斗号"总体设计的参数化模型.通过模型参数配置和优化,实现"海斗号"以最小时间成本完成深渊探测的目标.通过2次马里亚纳海沟深渊科考航次的海上试验,实现了"海斗号"与大垂直剖面深渊探测需求的匹配性,验证了本文参数化设计方法的有效性.