智能水下机器人的模糊自调整控制方法

建立了水下机器人运动的模糊自调整控制器,并将其应用于水下机器人的运动控制中,仿真结果表明该控制器的控制效果令人满意。     

开架式观测型ROV定点悬停控制方法研究

定点悬停能力是水下机器人重要的控制性能之一。水下机器人在水下运动时常受到波浪和海流等影响,使常规运动控制方法存在稳定性差的问题,需要一种抗干扰能力强和适应性好的运动控制方法。针对设计的ROV和工作要求,分别设计了传统PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器,并通过仿真分析对比了在海流和波浪等干扰的条件下各控制器的动态性能。试验结果表明:在定点悬停控制中,PID控制器适应能力差,抗干扰能力弱,对环境变化敏感;模糊控制器在复杂环境中具有良好的响应特性和抗干扰能力,但存在稳态误差,无法实现精准控制;模糊PID综合了两者的优势,既提高了PID控制器的响应速度和抗干扰能力,又弥补了模糊控制存在稳态误差的缺点,但抗干扰性能还是远不及模糊控制器。因此,当控制精度要求不是很高时,建议使用模糊控制器更好,当需要精准控制且控制误差在允许范围内时,建议使用模糊PID控制器。研究成果对水下机器人工程实践指导具有重要意义。     

基于PID的ROV运动控制仿真

针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题,建立遥控水下机器人（Remotely Operated Vehicle,ROV）不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和比例积分微分（Proportional Integral Differential,PID）控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,可有效地实现ROV定艏向和定深度运动控制。     

基于混合体系结构的多水下机器人协调控制体系

针对由同构机器人组成的多水下机器人系统，由底向上构造出一个开放的多水下机器人协调控制体系结构，体系中的每一个机器人成员都基于混合体系结构的。通过仿真证明了该体系结构可以满足多水下机器人协控制的要求，并在此基础之上实现了包括三台水下机器人的编队航行仿真试验。     

基于Mamdani推理法的双体无人艇模糊控制器设计

为研究适用于双体无人艇的运动控制方法,研究模糊控制技术在航速/航向这2个运动控制方面的应用。构建航速/航向模糊控制器：在航速控制器中选取三角形型隶属函数进行模糊化,在航向控制器中选取高斯型隶属函数进行模糊化;根据人的控制经验形成规则库;选取Mamdani法作为模糊推理方法;选取面积重心法作为解模糊的方法。仿真结果表明,模糊控制方法在双体无人艇的航速/航向控制是有效的。     

基于组合优化算法的ROV控制器参数优化仿真

为解决有缆水下机器人控制器设计中多参数优化效率低、拟合响应面模型复杂的问题,本文提出了田口法与序列二次规划法结合的优化方案。应用田口正交实验在全局选定初值,将初值代入序列二次规划法进行局部精确收敛。采用田口法的组合优化方案,对有缆水下机器人控制器参数进行优化。仿真验证结果表明,优化后的有缆水下机器人跟踪螺旋路径效果良好,鲁棒性良好;相较于拉丁超立方的组合优化方案,田口法的组合优化方案迭代次数降低了70次,目标函数缩小了23.2%;相较于田口法,速度超调量减小,更具鲁棒性,该组合算法可高效地解决ROV多参数优化问题。     

漂浮式风电平台锚链检测机器人动力学仿真

提出一种新型锚链检测机器人用来检查海上漂浮式风电平台系泊锚链。与传统水下机器人相比,该机器人作业时沿锚链进行爬行作业。针对该新型锚链检测机器人,采用ADAMS软件对机器人沿锚链行进运动进行仿真分析。在此基础上,对机器人在锚链以45°和60°两种倾斜状态下的越障能力开展研究。结果表明,该锚链检测机器人在移动过程中运行平稳,符合结构设计要求,同时也为优化机器人结构提供重要数据。     

管道插接专用焊接机器人系统

针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,研制了一款专用的开放式焊接机器人系统。在对焊接任务和机器人运动分析的基础上,设计了管道插接专用的5轴焊接机器人,建立了焊缝位置模型、焊接速度模型。采用IPC+PMAC控制模式,建立机器人的开放式控制系统。系统中以在IPC机中开发的软件平台对焊接工艺参数进行管理,以多轴运动控制器PMAC作为焊接机器人各个关节的运动控制核心,实现了整个机器人系统的控制。焊接试验结果表明,该焊接机器人系统能够实现管道插接焊缝的焊接工艺。     

工业管道内检测机器人及其变径技术的研究进展

为了能快速准确地检测出工业管网在长期服役过程中因腐蚀、磨损、拉裂等原因产生的安全隐患,设计了管道内检测机器人。介绍了近年来国内外管道内检测机器人的发展趋势、技术特点及工程实用性,并以变径技术为重点,针对弯管、变径管、“T”形管道等复杂管路环境,探讨了工业管道内检测中变径技术的难点和关键问题。最后提出,变径机器人除了要解决结构设计、变径方法、动力学分析等方面的问题外,还需要在越障能力、运动控制以及系统集成等方面开展研究,并最终实现产业化应用。     

水下机器人水动力参数CFD计算及操纵性预报

以微小型水下机器人为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)数值模拟方法开展机器人阻力的数值模拟,并将摩擦阻力因数C_f与第8届ITTC推荐值进行对比验证,提出一种无动力带桨水下机器人水动力参数CFD计算方法。利用此方法,基于航行力学基本原理,采用定常计算方法开展微小型水下机器人斜航、操舵直航试验数值模拟,采用全局网格运动方法开展回转拘束模型试验数值模拟,获取机器人位置导数、舵导数和旋转导数,并完成该机器人的操纵性能预报,为机器人的总体设计和控制参数的选取奠定基础。     

ROV发展现状与其在海洋石油行业应用前景

ROV(有缆遥控水下机器人)是重要的现代水下作业工具,具有海下勘探、观察和作业等功能,并凭借着高可靠性和高安全性的优势,成为了海洋石油行业的新兴作业机械。通过比对国内外知名水下机器人公司的典型产品,介绍了ROV的发展现状与其在海洋石油工程中的应用状况。根据我国海洋环境特点和海洋石油的开发维护需求,提出了未来ROV需要具备的关键技术和发展趋势。以期推动ROV在海洋石油行业中的创新和发展。     

海底管道悬空检测技术的发展趋势

围绕管道悬空检测技术,在总结其技术发展现状的基础上分析其发展趋势。人工潜水员检测、水下机器人检测和声呐检测方法的检测精度较差,且效率低下。水下激光检测和分布式光纤主动加热法检测较大地提高检测结果的准确度,但所需成本较高,不符合目前的行业需要。相较而言,管道智能检测机器人具有直接接触的工作方式,检测结果能精确地反映管道悬空的真实状态,且检测成本较低,将是未来海底管道悬空检测的主要技术手段,具有发展优势及潜力。     

基于Arduino的小型浅水作业ROV研制

针对小型ROV在近海平台等浅水环境顶流作业能力差和运动控制难的问题,研制开发了基于Arduino的小型浅水作业ROV精灵号,提出以Arduino mega 2560作为核心控制器的控制系统架构,同时采用小体积大推力推进器,提高ROV本体顶流作业能力。以Arduino为核心,进行上层指令系统和底层运动系统的搭建并通过串口通信方式建立上下系统通信。设计了浅水作业ROV的机械结构,建立了精灵号ROV的动力学模型,采用PID进行艏向运动控制,并进行了系统仿真。系统联调和水池试验结果表明了以Arduino为核心的精灵号浅水ROV控制系统设计的可行性,同时验证了推力矢量合成的实际效果。该ROV的研制对于其他微小便携式机器人,尤其是小型ROV的开发具有参考意义。     

深水水下分离器ROV检测技术研究

以深水分离器的水下检测技术为研究对象,介绍了水下机器人(ROV)深水检测技术情况,对深水分离器在海底作业时可能发生的一些事故做了详细的评估。以此为背景,分析得出深水分离器水下检测的主要工作内容,同时对ROV在进行深水分离器水下检测工作时的应用做了详细的说明。     

水下控制模块的技术分析与发展建议

简述了水下控制模块的组成和功能,介绍了Aker Solution公司和FMC公司的3种不同类型水下控制模块,阐述了其基本组成和主要功能。随后指出水下控制模块技术将朝着更智能、更可靠、更快速及全电控的方向发展。最后,就国内对水下控制模块的研发提出几点建议:及时掌握水下控制模块的前沿技术;充分借鉴国外成熟经验,开发设计符合当前操作习惯的水下控制模块;对水下控制模块的关键技术进行深入研究,保证控制系统安全可靠;建立试验平台,为水下控制模块创造试验条件;对水下控制模块中的液压控制阀、传感器等进行深入研究,最终实现水下控制模块的国产化。     

几种新型水下检测技术在国内海洋石油工程中的应用

海洋油气设施的水下检测对其结构安全具有重要意义,水下检测作为一门特殊的行业已逐步发展成熟,但由于海洋油气设施及水下结构、水下工况的多样化与复杂化,水下检测从技术装备到施工工艺都有较大的变化,并出现了一些新的检测技术及工艺。介绍了几种水下检测新技术、新工艺在国内海洋石油工程中的应用,DIDSON双频识别声呐检测技术为水下低能见度工况下的检测提供了一种新方式,ROV及检测设备的组合应用开辟了深水环境的检测工艺,实现潜水支持船与FPSO的同步旋转,为海洋石油单点设施的检测创造了条件。     

水下机器人在海洋石油工程中的应用

海洋石油和天然气资源丰富、储量巨大,极具开采价值。在海洋油气资源开发中,特别是深水油气资源的开发,大量的水下作业需借助水下机器人来完成。水下机器人可潜深至潜水员难以下潜的深度进行作业,克服潜水员在深水工作中遇到的困难,且具备安全、高效的特点,已在海洋石油工程中广泛应用。     

直轮式管道泄漏检测机器人弯管通过性能研究

针对现有管道检测机器人转弯性能差的问题,研究了直轮式管道泄漏检测机器人。该机器人采用驱动轮直接驱动,结构简单,输出稳定。采用理想规划法对机器人建立过弯方程,计算可知当宽度小于146.29 mm时,机器人满足弯管爬行的弯道几何约束要求。采用Adams软件仿真分析机器人弯管通过性能以及转弯时驱动轮的速度变化情况。分析结果表明:机器人可以安全通过弯管,满足设计要求;过弯时机器人外轮运动速度v 2增大,内轮运动速度v 1减小,因此机器人可以平稳过弯;v 2与机器人质心位移的变化趋势很接近,当机器人到达弯管极限位置时,v 2达到最大;直轮式管道泄漏检测机器人可以通过直径170 mm、曲率半径450 mm弯度的管道。研究结果可为管道检测机器人的工程应用提供参考。     

水下机器人目标搜索与识别算法

从水下机器人作业工作原理出发,系统介绍了水下视觉信息获得取过程和目标搜索策略,针对图像处理和模式识别两个层次详细叙述了一些具体,实用的图像边缘检测和目标识别算法。通过试验,证明了水下机器人作业的有效性和目标识别算法的可靠性。     

河流穿越水下管道埋深非开挖检测技术及其应用

河流穿越段的管道埋深是管道安全运行的保障,水下管道埋深检测就是检测河流穿越段管道在河床下的埋深是否符合安全要求。通过电缆线连接发射机与河流两岸管道测试桩组成闭合回路,以接收机接收磁感应信号来判定管道位置及其埋深,同时GPS测量管道位置,声呐测量水深,以CAD辅助成图的形式将测量的管道点呈现在CAD中,直观判断河流穿越水下管道的安全性。介绍河流穿越水下管道埋深检测系统原理和检测方法,通过在西气东输某长江穿越检测工程的成功应用,为河流穿越水下管道埋深检测提供了非开挖穿越检测依据。