水下管道智能巡检机器人

现有水下管道智能巡检机器人存在社会普及度不高、设计成本昂贵、信息处理不完善、路径规划自动程度低等问题。根据水下作业的特点及需求，设计一款成本低、自动化较高的水下管道智能巡检机器人。该机械装置主要由动力系统、报警系统、电源系统、控制系统、视觉及传感系统等组成，其中视觉控制模块对图像进行采集后，经过自动数据处理对巡检机器人进行路径规划、障碍物报警等。最后建立了水下管道智能巡检机器人的三维模型，并制造了样机进行测试，效果良好。     

一种水下机器人的水面平台控制系统设计

针对水下机器人进行水下检测时的实时控制和监控问题,对水下机器人的推进器结构、运动方式、通讯方式、机体状态显示方式、运动控制方法等方面进行了研究,对水下机器人实现高效水下检测所需的各功能需求进行了归纳,提出了一种基于Lab VIEW的ROV水下机器人的水面平台控制系统,利用实验水池对水下机器人的人机交互界面和摄像头拍摄图像进行了测试。研究结果表明,该系统能实时监测水下机器人的各项性能数据,能够实现通讯连接、机体状态显示、运动控制等多项功能,实时控制响应迅速,实时监控效果好。     

水下双目视觉系统的设计与密封技术研究

为在核电站乏燃料池中工作的水下焊接机器人设计一套双目视觉系统,介绍该系统的组成及各组成部分之间如何连接并协同完成双目视觉的图像采集工作。根据实际工作需求,设计适合水下工作环境的水下摄像机和水下光源,介绍摄像机和光源的选型、结构和密封方法。设计用于安装固定摄像机和光源的水下云台的结构与动密封,云台可以进行左右摇摆和上下俯仰运动。实际应用证明这套系统工作稳定、操作方便、反应迅速,可以获得清晰的水下实时图像。     

仿水母推进的水下机器人的设计与仿真分析

以仿水母推进的水下机器人为研究对象,设计其机械架构,并就推进步态进行分析,进一步利用ADAMS软件建立了该仿生机器人的虚拟样机,对该仿生机器人进行了动态模拟仿真实验。具体地,研究了在推进过程中仿生机器人扑水柔性片、外撑杆、与线性轴承的速度和位移随时间变化的关系,以及该仿生机器人机构协调能力。仿真结果表明:该仿生机器人在一定介质流体系数下有着较好的机构协调能力,各运动曲线连续、平缓且呈周期性,可满足实际需求。     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。     

水下船体清刷机器人磁吸附机构的设计与研究

为了实现水下船体表面清刷机器人在水下船体表面上的可靠吸附和灵活移动功能,对机器人磁吸附机构进行了设计研究。根据该机器人作业的特点和工作环境,分析了磁路材料和磁路类型,研究了衔铁、轭铁、铜块和海水等因素对磁吸附力的影响,设计了机器人的磁吸附机构。实际应用表明,该机器人在船体表面上吸附可靠,并且运动灵活,符合实际的需要。     

一种波纹管式水下机器人设计

针对目前作业级水下机器人的噪音大、影响水生物正常生长的问题,提出一种基于波纹管平衡器的作业级ROV水下机器人设计,具有浮力控制精度高、控制反应迅速的特点,可应用于水产养殖等浅水作业领域,具有能耗低、噪声小、对水下生物干扰小的优点。开架式的设计使该ROV水下机器人具有模块化优势,通过姿态控制系统调整浮力,可搭载不同的作业设备,能满足深水网箱养殖的多种需求。     

Solidworks结构分析在水下机器人设计中的应用

介绍了Solidworks结构分析插件simulation的基本功能,利用该插件的有限元分析功能,对水下机器人推进器支撑架和耐压壳体进行了应力分析,并依据设计目的对部件进行了结构优化,结果表明,Solidworks Simulation应用于水下机器人设计可简化设计流程,提高设计效率,能够得到接近于水下机器人实际应用的分析结果。     

机械式超深抛载装置的设计

介绍了机械式超深抛载装置的工作原理及用途,根据功能需求设计了一种可用于超深保护的纯机械式超深抛载装置,该型机械式超深抛载装置由水压触发,当水下机器人所处的深度超过其工作深度时自动释放压载,从而达到超深保护的功能要求。     

基于可视化技术的核电站水下机器人地面站设计

针对当前水下机器人地面控制系统可视化程度低、操控不便的问题,基于可视化技术设计了一套水下机器人的岸上地面站系统。该系统可以控制水下机器人的半自主定航向和定深度航行,接受、储存、回放水下机器人拍摄的录像。采用编程技术实现三维动画空间,结合传感器回传数据控制三维动画显示,真实地反映真实世界中水下机器人的运动姿态、位置、运行状态。结合声纳成像信息、摄像机回传图像信息的综合显示,实现了微小型水下机器人的遥操作控制。     

警用水下机器人本体的设计

介绍了一种在水下进行刑事证物的探测识别、涉案水下现场搜索调查和水下证物打捞作业的警用水下机器人本体。机器人用两个主推进器和两个辅推进器实现其前后、浮潜和左右转弯运动,带有与控制相关的传感器和计算机以及水下探测设备,可实现水下机器人的自主定深航行,并具有对水下目标的光学探测和声纳探测能力。试验验证,该机器人能高效地完成作业使命任务,对水下机器人的设计有一定的借鉴参考价值。     

4500米级AUV起吊框架动力学分析

起吊框架是整个水下机器人的承载部件,是决定水下机器人安全布放和回收的关键性部分,因此其结构设计应保证刚度、强度条件。对4 500米级水下机器人的起吊框架进行了静、动力学仿真,综合多种受力形式进行对应工况的分析,校核该部件的安全性能。最终通过实验验证了结构的设计强度,为该水下机器人的安全设计提供理论参考。     

一种水下机器人系统设计

水下机器人在水域勘测和军事侦查等领域正在发挥越来越重要的角色。针对现阶段水下机器人价格昂贵,设计复杂的特点,设计了一种结构简单的水下机器人,主要由四个无刷电机推进器和密封舱组成。围绕水下机器人系统结构,阐述了机器人的硬件结构与密封方式、卡尔曼滤波在GPS与捷联惯性导航组合导航的应用、控制简化与分解方法与上位机系统的编写和实现。最后,使用该机器人系统在水池中进行运动控制实验。实验结果表明:水下机器人在航行过程中密封可靠,运动平稳,能够满足水下机器人的运动控制要求。     

一种深海机械手捕捞采集设备设计

为了实现代替人类进行深海探索捕捞,采用了多系统设计、结合市面上两种沉浮方式的沉浮系统设计,辅助装置、动力推进系统等设计,完成了水下捕捞机器人在水下运行的整体设计,实现了水下捕捞机器人在水下的动力稳定、沉浮状态迅速切换和水下捕捞的可持续性。试验结果表明,该水下捕捞机器人能够实现对水下物体的捕捞。     

履带式磁吸水下清刷机器人系统

由于现在的船舶很大程度都会出现水下附着物堆积导致船舶重量增加、油耗增加等问题,所以该设计通过对ROV水下机器人的研究以及机器人中较为重要的爬壁机器人原理的学习,通过履带和永磁体的结合使用,加强机器人在清刷过程中对船体的吸附。同时,这种合力作用可以让水下清刷机器人克服传统水下清刷机器人运行速度慢、适应能力差等动力缺点,配合可以固定旋转的不锈钢小钢刷便可以有力地去除船底污垢,再利用全方位摄像头检查清刷效果,达到全面清刷。该新型水下机器人将广泛地应用于船舶清刷行业中。     

某水下捕捞机器人的结构设计及水动力学分析

通过对某水下捕捞机器人的外形和机构设计尤其是捕捞机械手和航行推进鳍的设计,设计出一款体积较小专门用于海底水生生物捕捞的水下机器人,基于CFD的水动力学分析仿真得出机器人在水下作业时受到流体水域的压力值,为以后的机器人进行实际水下捕捞作业提供强有力的理论依据。     

一种欠定位水下机器人的目标搜索研究

论述了一种在水底起伏较大情况下的欠定位水下机器人执行水底小目标搜索任务的策略。该策略主要基于作业区域的等深线地图对水下机器人进行路径规划,在搜索过程中应用水下机器人的航向、深度、离底高度等多传感器信息和等深线地图对欠定位水下机器人导航。初步应用声纳图像识别技术对水下特征物进行了识别。通过在漳河水库的重复实验,验证了该策略可有效运用到欠定位水下机器人的小目标搜索任务中。
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基于注意力机制的微小型自主式水下机器人姿态估计方法

为提高机器人姿态估计与感知精度，引进注意力机制，以微小型自主式水下机器人为例，设计一种全新的姿态估计方法。参照SCANet多分辨率感知网络架构，采用在其中插入信息补充、细节增强等功能模块的方式，建立微小型自主式水下机器人姿态多分辨率感知网络；将注意力机制划分为Ca-Block与Ca-Neck两个模块，提取微小型自主式水下机器人姿态中的特征信息；采用对信息融合处理的方式，设计机器人姿态信息归一化处理，以此实现微小型自主式水下机器人姿态自适应融合与估计。对比实验结果证明：设计的方法在实际应用中的效果良好，该方法可以提高姿态估计结果的精度，且姿态估计所需时间较短，仅需20s。因此，通过此种方式可以掌握机器人在水下的作业姿态，提高机器人工作时的工作效率。     

水下机器人推进系统CAN应用层协议设计

针对水下机器人的推进系统,设计了一种主从模式的CAN总线应用层协议,该通信协议采用轮询、命令/响应、节点控制、状态传输4种通信模式。详细介绍了CAN总线应用层协议的报文格式和通信模式设计,并将该通信协议成功的应用于水下机器人推进系统中。应用结果表明,该协议能够保证推进系统通信的实时性、可靠性,很好的满足了水下机器人推进系统的通信要求。对于CAN应用层协议在水下机器人其它方面的应用也具有一定的借鉴意义。     

基于Dijkstra算法的水下机器人路径规划

为了能够实现水下机器人ROV的作业要求,将其路径规划问题分为定深度二维最优路径和不定深度三维最优路径两部分,并分别采用多边形拟合和分层多面体拟合的方法建立障碍物模型,然后通过Dijkstra算法分别求出最优路径。本文用实例证明了该方法的正确性和有效性,从而为遥控水下机器人提供了路径指引和参考,实现了水下机器人从起始无碰撞到达目标点的路径规划,并为进一步实际应用奠定了理论基础。