基于能源消耗最小的自治水下机器人一机械手系统协调运动研究

描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计．鉴于自治水下机器人一机械手系统是运动学冗余的且自带能源，因此将系统阻力优化函数引入逆运动学求解，设计了基于系统能源消耗最小的系统协调运动规划算法．仿真表明，该算法在解决系统冗余度的同时，有效地减小了系统能源消耗．     

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。     

自治水下机器人实时仿真系统开发研究

针对自治水下机器人(AUBs)开发和研究中的瓶颈问题,该文开展了AUV实时仿真系统的研究工作。该文提出了采用半实物实时仿真模式,建立实时仿真系统平台的方案,并对实时仿真系统平台的硬件结构和软件结构进行了详细设计。在方案设计的基础上,正在进行实时仿真系统平台开发和研制工作。     

自治式水下机器人回收系统的研究与设计

本文介绍了我们承担研制的国家“８６３”计划１０００ｍ及６０００ｍ无缆水下机器人的回收系统，回收系统在４级海况下不用专用母船能够成功地回收水下机器人，依据母船、海况水下机器人及其他具体情况，介绍了两种不同的回收方案和回收器，经海上试验证明是有效和可行的。     

自治式水下机器人避障行为机制研究

针对未知环境下自治式水下机器人(AUV)的运动规划问题,提出了一种基于行为的避障和趋向目标方法。根据行为动力学原理,设计了水平方面的趋向目标行为模块和避障行为模块,利用水平面的宏行为实现了水平面行为模块的融合。垂直面的行为设计根据模糊理论建立了输入"深度"和"高度"的模糊隶属度,制定了航行深度和距底高度与参考深度之间的推理规则,再通过解模糊化得到实际的参考深度的精确量。仿真结果表明:所设计的行为模型对外界环境有较好的反应性,响应正确有效,有助于提高AUV对环境的适应性。     

自治/遥控水下机器人北极冰下导航

针对北极高纬度和科学考察中长期冰站对海冰在一定范围内连续重复观测的需求,设计了面向冰下环境的自治/遥控水下机器人(北极ARV)导航定位系统.提出基于海冰运动修正的水下机器人自主导航方法,通过定时引入海冰运动信息,实时准确获取水下机器人相对于海冰的位置信息,这不仅提高了观测数据的实际应用价值,还提高了冰下作业的安全性.仿真试验和北极冰下应用证明这一导航系统具有精度高、稳定性好等优点.     

完全自治的水下机器人系统研究

本文描述了一种正在研制中的完全自治的水下机器人系统,主要内容在三个方面:适合非结构性海洋环境的系统软件体系结构;有海流情况下的使命规划;水下计算机视觉的动态数据融合。 整个系统通过了仿真测试。     

机器人双协调运动的研究概况

本文综述了机器人双协调运动的研究概况,介绍了运动学和控制两方面的主要研究成果.     

基于神经网络的自治水下机器人广义预测控制

针对自治式水下机器人高度非线性和时变性的特点,提出了一种基于神经网络的水下机器人广义预测控制策略．利用改进型Elman网络作为多步预测模型,在对网络学习算法进行改进的基础上,实现了Elman网络的在线学习,并提出了用于求解神经广义预测控制律的灵敏度公式．进行了具有神经网络在线学习功能和不具有在线学习功能的水下机器人的速度控制实验,并就预测控制效果进行了对比分析．实验结果表明,具有自适应学习功能的水下机器人速度控制法的精度要优于不具有在线学习功能的速度控制法,且当水下机器人动态特性发生变化时具有较强的自适应能力．     

小襟翼对自治式水下机器人潜浮运动的影响

无动力大纵倾角的下潜和上浮方式对自治式水下机器人具有很大的意义．但是这种潜浮方式却无法满足自治式水下机器人潜浮位置范围及航向控制的要求．采用在稳定翼上加装小襟翼的方法，即可以解决这一难题．本文介绍了小襟翼对自治式水下机器人无动力潜浮运动轨迹的影响，并通过自治式水下机器人的运动方程，结合“ＣＲ－０１”６０００ｍ自治式水下机器人的深海试验结果，对这一影响作了定性地分析．为通过试验找出最佳小襟翼提供了理论基础     

水下机器人嵌入式基础运动控制系统

从硬件和软件两方面详细地讨论了水下机器人嵌入式基础运动控制系统的体系结构,从根本上改变 了以往水下机器人运动控制系统依靠上位机与下位机相结合的体系结构.同时详细阐述了水下机器人基础运动控 制的整个信息流程.最后通过海上试验验证了整个基础运动控制系统的可行性和可靠性.     

基于CAN总线的自治水下机器人控制系统

将CAN总线应用在自治水下机器人中,构成多主站的分布式控制系统,取代了以往水下机器人采用的集中式控制结构及主从式网络结构．从硬件和软件两方面详细介绍了CAN总线在自治水下机器人中的应用方案,设计了基于P87C591单片机的CAN总线控制器,并针对水下机器人分布式控制系统的需求特点,设计了CAN应用层协议和相应的通信软件．最后通过湖试验证了控制系统的可行性和可靠性．     

小型自治水下机器人控制系统研究开发

开发了一种性价比高的CAN总线分布式自治水下机器人控制系统结构,并采用了独特的故障处理方法．根据弱耦合简化模型,详细设计了航行控制器,并对航行控制系统进行了仿真研究．仿真与试验结果表明: 控制系统性能可靠、传输率高,并具有很好的鲁棒性与稳定性,能够满足水下机器人工作环境复杂多变的要求．     

便携式自主水下机器人动力学建模方法研究

针对50公斤级便携式自主水下机器人（AUV）的精确控制和研究,本文介绍了一种基于计算流体力学（CFD）和非线性最优化辨识的动力学建模方法．着重推导了便携式AUV动力学模型,并使用计算流体力学方法代替水池实验获取辨识所需数据和通过非线性最优化方法获得合适的模型结构和模型参数．最终建立了便携式AUV数学模型,并通过对仿真数据与试验数据的对比,证明了该模型及方法的有效性．     

AUV水下着陆策略研究

水下自航行器（AUV）的续航能力主要取决于其所携带能源总量．为了有效地减少能耗,提出了 一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV,它可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测．首先 介绍了该AUV 的总体结构,然后对AUV 的着陆策略进行了详细研究．在对三种着陆策略进行对比的基础上, 选择下潜航行到位控制注水着陆策略作为最佳的水下着陆方案．该策略能够使着陆时的冲击力保持在安全范 围内,并且着陆时间最短．最后对着陆轨迹进行规划．仿真和水域实验的结果都证明采用该着陆策略能够安 全、平稳地实现水下着陆．     

舵桨联合操纵微小型水下机器人的开发

介绍了一种舵桨联合操纵的微小型水下机器人．该机器人装有左右布置的两个主推进器、可调攻角水平舵和垂直稳定翼．配合所搭载的深度计、磁罗经等传感器和控制计算机,可实现水下定深定向航行,并可由TV和声纳探测水下目标．其航行与探测能力得到了试验验证．     

基于单目视觉的水下机器人管道检测

以单目CCD摄像机为视觉传感器,利用视觉系统测量方法获得水下管道的导航信息,并在此基础上建立了一个用于水下机器人的水下管道检测系统． 按照数据结构的抽象程度,将系统中传递的数据信息分为由低至高4个层次,描述了各层次内容,详细介绍了水下机器人管道检测方法． 为了提高系统的准确性和实时性,采用了动态窗口管道检测方法．在室内实验水池中,以某型号水下机器人为试验载体,进行了多次管道跟踪试验,验证了系统的可行性和有效性．     

基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

研究了欠驱动自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV)的三维空间路径跟踪控制问题.针对基于虚拟向导建立的三维路径跟踪误差模型, 采用滤波反步法设计跟踪控制器,通过二阶滤波过程获得虚拟控制量的导数, 避免了直接对虚拟控制量解析求导的复杂过程, 同时滤除了高频测量噪声, 增加了系统对噪声的鲁棒性.通过设计滤波误差补偿回路, 保证了滤波信号对虚拟控制量的逼近精度.基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒项, 保证了闭环跟踪误差系统状态的渐近稳定.仿真结果表明了该控制器对噪声干扰具有一定的鲁棒性, 能够实现对三维路径的精确跟踪.