变电站巡检机器人结构设计与分析

针对机器代替人在变电站巡检的发展需求,设计一款带云台升降功能的巡检机器人,代替人工对变电站 进行日常巡检。介绍机械结构设计、控制系统搭建,建立机器人运动学和动力学模型,运用Matlab 进行稳定性仿真 分析,将实验得到的各行走电机驱动力矩与仿真得到的各行走电机驱动力矩进行对比。结果表明：该设计模型正确、 样机稳定,可为巡检机器人在执行巡检任务过程中在不同行驶坡度下控制升降杆高度和行驶加速度提供理论依据。     

六轮六驱火灾巡检机器人

为满足城市环境预防火灾的需要,设计一款适用于火情监测且运动灵活的巡检机器人。该机器人由移动平台与云台组成,悬挂系统使用摇臂转向架结构,采用6轮6驱的驱动方式运动;底层控制系统采用嵌入式设计,集成超声波传感器、温度传感器、烟雾传感器、灰度传感器、摄像头和无线通信模块,通过巡线的方式实现机器人的自主移动;设计一款遥控器手动控制机器人运动;对机器人主要部件进行静力学分析,利用Adams软件进行仿真实验,搭建实验样机进行巡线实验。结果表明,该火灾巡检机器人具备可行性。     

基于重构容错的智能水下机器人定深运动控制

为保证智能水下机器人（AUV）在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自抗扰控制（ADRC）方法进行具体的控制器设计和实现。该控制策略中包括两种定深控制器设计,分别为垂推正常工况下和垂推故障情况下的定深控制,试图依靠相关故障信息,通过重构替换实现容错控制。在仿真实验中,该控制策略于不同环境干扰下进行了相应测试,并与结合PID方法的定深控制器进行了比较。结果表明,基于重构容错控制思想,并结合自抗扰控制方法的定深容错控制策略不仅有效,同时具有更好的抑制干扰作用,从而可以为机器人提供更优的控制效果。     

国外自治水下机器人发展现状综述

从上世纪90年代中期以来, 自主式水下航行器(AUV) 在海洋科学调查以及军事领域得到越来越广泛的应用。本文阐述了现阶段国外AUV的发展现状, 首先介绍了它在水雷搜索、冰下探测以及水下作业中的最新应用, 接着对AUV的能源、水下承压与密封以及控制与导航等技术现状进行了概括。     

室内巡检机器人的定位方法

针对巡检机器人在室内环境进行巡检任务时无法准确到达指定位置的问题,提出一种基于激光雷达和里 程计的分区域定位方法。当机器人工作在定位精度要求不高的非目标区域时,采用激光雷达加里程计的定位算法进 行导航;而当机器人进入包含指定位置的目标区域时,则利用搭载在机器人上的激光测距传感器和已知位置的地标 来推算机器人的当前位姿,并根据机器人的当前误差进行位姿矫正,实现机器人在目标位置的精确定位。实验结果 表明：该定位方法的位置误差＜2 cm,偏转角误差＜1°,满足巡检机器人的定位精度要求,具备可行性和实际价值。     

水下自主导航机器人系统

在水下机器人被广泛应用的背景下,能够实现水下自主导航的机器人具有极高的应用价值。为了打破水下机器人运行需要人为干预的瓶颈,更好地发挥小型机器人水下的灵活性,设计并制作了一种可自主导航的水下机器人系统。该系统机械上采用Pro/E作为三维造型软件,用快速成型设计并制造了水下机器人的主体;硬件上使用摄像头采集数据,并使用红外测距模块及电子罗盘模块实现定位功能;嵌入式软件层将传感器数据进行采集后,对数据进行相应的图像识别和处理,最终识别障碍物并做出相应动作;同时,数据和视频流可通过无线模块传送到上位机,上位机将数据接收后进行相应显示,并可直接显示视频流,方便调试的同时也可对水下环境进行实时监控。该系统实现了自主的水底避障、探测,以及自行返回出发点的完整功能,对于水下探测活动具有一定的实用价值。     

隧道电缆巡检机器人结构设计及其力学性能分析

为利用机器人代替人工完成隧道电缆巡检,设计一款带云台升降的吊轨式巡检机器人并对其行走过程进 行力学分析。根据隧道内具体环境的要求,确定机器人工作原理与系统构成;对机器人的主要结构模块进行设计, 并搭建机器人传感与控制系统;基于达朗贝尔原理建立机器人行走过程力学模型,通过仿真对其行走过程中的驱动 力变化规律进行分析。仿真结果表明 ：该机器人满足行走速度大于0.8 m/s、爬坡能力大于15°以及转弯半径小于 0.5 m 的性能指标,具备可行性与实用价值。     

基于图像识别的水下机器人自主避障系统

随着人类海洋活动的发展,水下自主机器人成为海洋勘察和科学研究的重要装备。设计一种基于图像识别的水下机器人自主避障系统,在无人干预的条件下实现机器人水下自主巡航、规避障碍、上浮下潜和实时数据传输。该系统采用CMOS模拟摄像头结合LM1881视频分离芯片提取视频模拟信号,MC9S12XS128单片机外部中断功能和内部AD转换器转换成数字信号,被转换出来的数据直接使用边缘检测算法实现障碍物的识别。数字信号和视频流也会经nRF24L01无线数据模块传到上位机,上位机将数据接收后进行相应显示,并可直接显示视频流,对水下环境进行实时监控。同时无线视频采集卡的影像模块采用OpenCV库进行的二次开发,完成上位机更加复杂的图像识别算法。并通过实例进行实验验证。实验结果表明,该系统能通过图像识别实现自主的水底探测和避障,具有较高的性价比和实用价值。     

水下探测机器人的研发与测试

为研究水下输油管道漏油点检测方法,基于水下机器人平台设计具有自主决策的探测机器鱼,使用智能检测判断规则,并通过试验验证该方法的可行性。实验结果表明,水下探测机器人可以自作决策并有效进行水下探测任务。     

水下机器人推进器故障融合诊断方法研究

为了对水下机器人的推进器进行故障诊断。建立了基于神经网络的水下机器人的运行状态模型及推进器的性能模型,提出了基于整体故障检测与直接故障检测的故障融合诊断的方法。故障模拟实验的结果验证了基于神经网络模型的水下机器人推进器故障的融合诊断方法的可行性和有效性。     

基于Jacobi几何向量的多AUV编队控制方法

研究了多自主水下航行器（MAUV）系统的水平面动力学建模和系统编队控制问题。从单个自主水下航行器的动力学和运动学模型出发,通过引入Jacobi几何向量建立了MAUV系统的水平面动力学模型;结合典型水下航行器全方位智能导器（ODIN）的流体动力参数,将系统模型解耦为3个线性子系统——编队队形、编队运动（即编队中心点的运动）及航行器转向子系统,并采用线性状态反馈法设计了运动控制器和转向控制器。仿真结果表明,该算法可以控制MAUV系统在保持编队队形的基础上跟踪已知路径。     

基于遗传算法的AUV壳体环肋模糊可靠性优化设计

水下航行器壳体主要采用环肋加强设计稳定性,环肋设计的好坏直接影响水下航行器的性能。本文考虑有关设计参量所具有的随机性和模糊性,将遗传算法、可靠性设计和模糊数学有机地结合起来,建立了基于遗传算法的环肋模糊可靠性优化设计模型,在给定可靠度要求的条件下对水下航行器壳体不同类型的环肋进行了结构优化。通过算例分析表明,该优化设计方法不仅可以保证可靠性指标的要求,而且设计效率高,收敛速度快。     

基于ADAMS仿真的自主水下机器人入坞碰撞分析与导向结构优化研究

结合自主水下机器人(AUV)于千岛湖水下对接试验,对自主研制的水下对接装置导向性能进行研究。在分析AUV水下受力状况和接触碰撞参数基础上,建立AUV入坞碰撞过程的ADAMS物理仿真模型,通过比较试验结果和仿真结果中AUV姿态和前向速度的变化,验证仿真模型的有效性。从AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面分别探讨凸形罩、锥形罩和凹形罩3种典 型导向结构的导向能力,分析对比仿真结果,对导向罩母线曲率进行改进设计与优化、得到S形罩。 多次仿真发现：在AUV入坞姿态相同条件下,S形罩能够调整的AUV入坞偏距最大为100 cm,比凸形罩提高20 cm;S形罩能够调整的AUV入坞偏角最大为22°,比凸形罩降低1°;但S形罩产 生的碰撞力和AUV入坞时间都有所下降,调整AUV运动趋势效果明显改善。在水池对凸形罩和S形罩分别进行AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面试验,结果表明S形罩的导向性能有明显改善。     

基于ANSYS Workbench的水下航行体壳体结构优化

壳体结构的质量大小直接影响水下航行体的整体性能,传统的优化方法工作量大,计算也较复杂。本文运用有限元软件ANSYS Workbench中的Design Exploration模块对壳体壁厚、环形肋的截面宽度和高度、环肋间距进行优化,在保证壳体满足强度和稳定性要求的情况下,将壳体的质量最小化。通过此方法对水下航行体壳体结构进行优化,得到最优化的壳体结构质量,对水下航行体的整体设计具有一定的指导意义。     

一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究

针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法.通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法....     

基于变结构的水下航行体航行姿态控制系统设计方法

水下航行体在高速转弯时,由于俯仰、偏航和横滚3 个通道间存在较大的耦合,以及水 下海流的不确定性干扰等因素的影响,水下航行体的姿态控制难度较大,传统控制技术无法达到控 制目的。为了解决水下航行体姿态解耦控制的难题,通过水下航行体旋转动力学方程构建了水下 航行体姿态运动子系统状态方程,并应用变结构控制策略设计了水下航行体姿态控制器,理论推导 和仿真表明:所设计的控制器能够使得水下航行体姿态角稳定地跟踪指令航向角,并对海流干扰具 有强鲁棒性,实现了水下航行体姿态子系统间的解耦控制。     

一种自主水下航行器分布式控制系统

提出一种新的基于CAN总线的自主水下航行器(AUV)分布式控制系统。该控制系统具有良好的分层递阶体系结构,包括由综合显控台构成的任务层,由管理记录中心构成的协调层,以及由导航控制中心和底层执行机构控制节点构成的控制层。同时,将实时控制与非实时任务管理分离,由不同的功能节点实现,便于系统的维护和升级。航行试验中,分布式控制系统运行情况良好,AUV完整、正确地执行了航行任务,这充分说明该设计是成功的。     

Cooperative Navigation for Autonomous Underwater Vehicles Based on Estimation of Motion Radius Vectors

A cooperative navigation algorithm for a group of autonomous underwater vehicles is proposed on the basis of motion radius vector estimation.Combined the dead reckoning data with the mutual range data through an acoustic communication network among the group members, the relative positioning problem can be solved. A novel approach for solving the relative positioning is presented by using a recursive trigonometry technique and extended Kalman filter(EKF). Simulation results verify the correctness and effectiveness of this navigation method.