水下机器人技术

概述水下机器人是一个水下高技术仪器设备的集成体。它除集成有水下机器人载体的推进、控制、动力电源、导航等仪器、设备外 ,还需根据应用目的的不同 ,配备声、光、电等不同类型的探测仪器。这样 ,水下机器人可以作为人类进行水下研究、观测和作业的动态实验室平台 ,作为人类智能和各种感官、器官在水下的延伸 ,去完成人类肌体无法直接达到的各种水下环境的探索任务。水下机器人可分为两种基本类型 ,即“自治式水下机器人”和“遥控式水下机器人”。“自治式水下机器人” ,国际上统称为AUV (AutonomousUnderwaterVehicle) ,它是根据各种…     

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。     

水下图像处理技术研究综述

随着自主式水下机器人的发展，水下探测技术成为新的研究热点。然而，吸收效应和散射效应导致水下获取的图像存在雾化和色彩偏差等缺陷。降质的水下图像在一定程度上降低了水下目标识别的准确性。为了改善水下图像质量，国内外学者对水下图像处理方法进行了深入研究。因水下图像处理方法对提升水下目标识别准确性具有良好的促进作用，故其具有重要的研究与分析价值。介绍了水下成像模型，分析了水下图像视觉质量下降的原理；根据水下物理成像模型将水下图像处理方法分为水下图像增强与水下图像复原，并分别对两类方法的研究现状进行分析与归纳；最后，总结与讨论了各类方法的优缺点，并展望了未来的发展方向。     

水下光学图像重建方法研究进展

水下光学图像可以提供直观丰富的海洋信息,近年来在海洋资源开发、环境保护和海洋工程等诸多领域发挥越来越重要的作用。但是受恶劣复杂的水下成像环境影响,水下光学图像普遍存在对比度低、图像模糊以及颜色失真等质量退化问题,严重制约水下智能处理系统的性能和应用。如何清晰地重建水下光学图像是国内外广泛关注的、具有挑战性的难点问题。随着深度学习技术的蓬勃发展,利用深度学习来提升水下图像质量成为当前的研究热点。鉴于目前国内在水下光学图像重建方面的研究综述较少,本文全面综述其研究进展。分析了水下图像退化机理,总结了现有水下成像模型以及水下图像重建的挑战;梳理了水下光学图像重建方法的发展历程,根据是否采用深度学习以及是否基于成像模型,将现有方法分为4大类,并按照研究发展顺序,依次介绍4类方法的基本思想,分析其优缺点;归纳了目前公开的水下图像数据集以及常用的水下图像质量评价方法,并对8种典型的水下图像重建方法进行了性能评测和对比分析;总结了该领域目前仍存在的问题,展望了后续研究方向,以便于相关研究人员了解该领域的研究现状,促进该领域的技术发展。     

混合驱动水下航行器水平推进模式水动力特性

关于水下航行器结构设计优化问题,混合驱动水下航行器(HUG)是一种新型水下航行器,实现了自治式水下航行器(AUV)与水下滑翔机(AUG)结构和功能的集成,具有航速大、航程长、机动性好等特点.混合驱动水下航行器所受水阻力与机动性是其水平推进模式(AUV模式)下的重要性能指标.针对混合驱动水下航行器的要求与结构特点,采用计算流体力学方法,分析了航行器在AUV模式下的航行水阻力和机动性.研究表明,混合驱动水下航行器在集成AUV与AUG功能优势的同时,在AUV运行模式下,航行阻力将增大约30％,航行机动性降低约15 ～25％.结果为混合驱动水下航行器的外形设计提供了依据.     

水下滑翔机器人控制系统设计与实现

本文以水下滑翔机器人为研究对象,首先简要介绍了水下滑翔机器人的总体结构,然后重点研究了其控制系统的设计方案,阐述了控制系统软、硬件的设计与实现,通过水下滑翔机器人湖试验证了控制系统设计合理,运行正确,实现了水下滑翔机器人的基本运动。     

英国新型水下机器人HYBALL

随着微电子技术和计算机技术的飞速发展,水下机器人日新月异.水下机器人的功能越来越全,操作越来越方便,体积却越来越小.HYBALL水下机器人是英国HYDROVISION有限公司于九十年代开发研制的最新产品.该机器人是在英国八十年代的DUPLUS、UFO等水下机器人的基础上,吸收其优点,开发研制出来的.开发它的指导思想是“操作简单,成本低廉,保养维修方便,性能先进可靠,功能齐全”.     

基于水下机器人定位与探测方法研究综述

深海作为人类尚未完全开发的宝地已经逐渐成为各界研究人员工作的战略目标,而水下机器人能够代替人类进行水下的各种危险操作与探索工作,故当前水下机器人已广泛应用于诸多领域,协助人类进行水下开发与研究。其中水下目标探测与定位技术是水下机器人的重要研究内容。文章介绍并比较了几个应用于水下距离探测的方法、基本原理以及机理。阐述了超声波传感器水下测距、激光雷达水下测距、水下双目视觉测距等目前被广泛使用的方法,并结合水下机器人探测技术和应用现状对未来研究进行分析和展望。     

水下图像增强和修复算法综述

因受到光线散射和吸收、水体杂质、人工光源等因素影响,水下成像质量较低,很难满足生产作业的需求,而水下图像的增强和复原技术有助于提升水下机器视觉的能力.为帮助研究者掌握水下图像处理领域的研究方法和现有技术,对水下图像增强和复原方法进行综述.首先对水下图像存在的主要退化类型进行分析;分别对水下图像增强、复原的经典方法和最新进展进行总结,系统梳理了水下图像质量评测体系和公开数据集;最后对水下图像处理未来的研究趋势进行了展望.     

水下石油管道巡查机器人控制系统的设计

水下石油管道是海上油气田生产设施的重要组成部分,必须定期或适时对其进行检测以保障其安全运营。针对水下石油管道巡查及检测的目的,采用STM32主控芯片、串口摄像头、舵机和通信模块,搭载最新版本的μC/OS-Ⅲ实时操作系统,设计了一种鱼雷型仿生式水下机器人。该机器人应用在浅水层区域,通过WiFi远程控制并实现水下画面上传至上位机,上位机处理图片使泄漏点特征清晰。通过系统调试和记录分析表明,该水下机器人可以远程无线控制和无线图像传输,能够实现水下巡查任务,并且具有控制系统简单化、功能灵活化、性价比高等优点。利用水下机器人可以对水下石油气管道完好性进行巡查,防止出现泄漏事故,杜绝安全隐患。功能多样的水下机器人将成为机器人研究领域的热点之一.     

水下无线传感器网络定位技术综述

水下无线传感器网络在环境监测、海上勘探、灾害预防和军事行动等方面有许多潜在的应用。由于其中大多需要使用位置信息标记感测数据,这使得定位算法成为水下无线传感器网络设计的重要组成部分。因此,为了完成水下定位,近年来人们探索了许多方法,对有关水下无线传感器网络定位的研究进行总结,分析了目前的水下定位方法和现状。为了对水下定位技术进行深入研究,还对目前的水下定位技术进行分类阐述,讨论这些技术的应用场景,并比较了它们的优缺点,为水下定位的后续研究提供参考。     

面向北京2022年冬奥会水下火炬传递的新型机器人

面向北京2022年冬奥会水下火炬传递应用需求,设计水下变结构机器人和两栖机器人,并提出水下火炬传递控制方法。克服机械臂（含火炬）运动和野外流场的复合扰动是火炬传递控制的关键问题,尤其是手持燃烧火炬的机械臂对浮游模式水下机器人的影响更加显著。针对以上问题,本文提出一种基于自适应控制策略的水下火炬传递控制方法,在线辨识静力学和流场水动力参数,预先补偿控制扰动,实现水下机器人的高精度姿态控制、位置控制。最终,在北京2022年冬奥会上成功完成奥运史上首次机器人间水下火炬接力。     

水下图像增强和复原方法研究进展

目的 近年来随着水下图像/视频在海洋军事、海洋环境保护和海洋工程等科研和工业领域扮演越来越重要的角色,水下图像增强和复原作为关键技术之一,越来越多地成为研究的热点和难点问题。目前有关水下图像增强和复原方法研究进展的综述论文在国内外相对较少,为使即将进入该研究领域的学者比较全面地了解该领域的研究现状,促进该领域的快速发展,本文对其系统综述。方法 在广泛调研大量文献的基础上,按照是否基于物理模型对已有方法进行分类讨论,对其基本思想、方法特点、实验方法进行归纳和总结,其中对典型的方法进行具体介绍和分析。同时,介绍了水下图像质量的评测体系,针对典型方法的处理结果进行定性和定量的评测。进而,总结该研究领域目前存在的不足,展望未来可能的发展方向。结果 总结了水下图像退化的原因、水下图像增强和复原所采用的主要技术和方法、水下图像质量评测体系的发展历程,给出了亟待解决的问题,展望了未来的发展方向。结论 作为新兴的研究领域,水下图像增强和复原在工业界和学术界都具有广阔的应用前景和研究价值,但针对目前存在的一些局限性还需要进一步深入研究。     

水下机器人新型仿鱼鳍推进器

21世纪是人类开发海洋的世纪,水下机器人和自主无人潜器具有广阔的应用前景和 巨大的潜在价值．仿鱼鳍水下推进器作为一种具有效率高、运动灵活以及噪音低等优点的新 型水下推进器越来越受到广大科技工作者的重视．本文介绍了仿鱼鳍水下推进器的分类,特 点,国内外研究成果与现状,以及目前的研究热点,并对未来发展趋势作了预测．     

遥控水下机器人系统在水库大坝水下检查中的应用

通过遥控水下机器人系统在水库大坝面板趾板、水库进水口、宋代古陂等工程水下检查中的实际应用,总结遥控水下机器人在清水环境下渗漏点查找、浊水环境水下冲刷检查、流动水环境水下金属锈蚀检查、易缠绕环境条件下水下检查的应用技巧,归纳遥控水下机器人系统的特点、技术优势及适用范围,为解决遥控水下机器人系统应用中出现的线缆易缠绕及难以发现大坝渗漏点等问题积累经验。     

水下图像复原中背景光求解方法研究最新进展

水下特殊的成像环境,使得图像存在模糊、色偏等问题,给水下图像复原带来了新的挑战。基于成像模型的图像复原是提高水下图像质量的典型方法之一。背景光作为逆向复原的重要参数直接影响到水下图像复原的效果。目前对水下图像复原中背景光求解方法的综述文献较少,为了深入了解水下图像复原的研究现状和发展趋势,对水下图像复原中背景光求解方法进行综述。首先简述水下模型,然后归纳背景光的特征及背景光求解方法分类,接下来详细分析各种典型的背景光求解方法的原理和特点,之后总结归纳各种典型方法的优缺点,最后提出研究展望。     

水下滑翔机总体设计与运动分析

水下滑翔机是一种浮力驱动的新型水下无人运载器,但是一直以来较低的巡航速度是制约其广泛应用的一个关键因素。为提高水下滑翔机的巡航速度,首先应通过对水下滑翔机的壳体和滑翔翼进行优化设计,并且从做功的角度规划出最佳滑翔路径,设计了一种新型的高速、高效水下滑翔机。最后,通过运动弹道的仿真分析,验证了水下滑翔机设计方法的有效性和总体性能的优越性。     

基于长短期记忆网络修正测距的水下定位算法

人类对海洋资源的探测与开发的主要方式是通过水下传感器网络来实现的,而水下传感器节点收集的数据在丢失精确的定位信息时便失去了其主要的价值。因为现在许多已经被广泛使用的水下定位算法仍然难以实现精确的测距,所以导致其定位精度偏低、不理想。本文提出一种基于长短期记忆网络修正测距的水下定位算法,该算法使用一种循环神经网络的变体模型长短期记忆网络来改进基于信号到达时间差测距算法,通过处理海洋环境的历史信息、测距值等数据进行训练,能够高效准确地预测当前的测距修正值,从而获得优化测距误差的效果。通过上述两者的有效结合进一步改进多边定位算法,实现对水下未知节点的精准定位。最后通过仿真实验和算法对比验证本文所提的算法确实具有较高的定位精度和可行性。     

水下移动无线传感器网络研究综述

水下移动传感器网络是水下机器人与水下传感器网络的结合,解决了传统水下监控网络存在的无法自动实现节点投放与回收,容易存在监测盲区以及不能动态组网等问题,按照自下而上的体系结构,对水下移动传感器网络的研究内容及发展方向进行了归纳阐述,包括水下节点设计、节点互联和动态组网,即点、线、面的层次结构;着重分析了节点移动特性对水下传感器网络的影响及相应的解决方法.虽然水下移动传感器网络的研究面临很多挑战,但它必将具有广阔的应用前景.     

缆控水下机器人两型机械手的研制

本文介绍了我国自行研制的水下６００ｍ作业型缆控水下机器人的两型水下机械的主要技术性能及特点，笔者针对水下机器人的工作环境其工作特点，重点阐述了两型水机械手的设计，研制中的若干技术问题，并对水下机械手的设计观点和方法作了一些新的探索和尝试。