基于大地形管理的水下机器人视景仿真系统

研究水下机器人视景系统优化设计,针对水下机器人的航行环境具有不可接近性和未知性的特点,为创建水下海洋生物和可观世界环境,利用虚拟的计算机仿真环境作为水下机器人初期调试的“平台”具有十分重要的意义.建立了基于大地形管理的水下机器人视景仿真系统.有关大地模型建立、场景效果等,利用函数变量方法自定义机器人运动引擎,采用粒子系统仿真了机器人尾流流场和低噪音的实现.依托软件平台MultiGen Creator和Vega,利用Vega与Visual C++混合编程实现LADBM模块的大地形管理,进行仿真验证.仿真结果表明,视景仿真系统逼真地再现了水下机器人在大范围区域探测目标及自主航行的过程,有效地解决了水下机器人长距离自主航行视景仿真中的大地形管理问题.     

柔性机器人水下运动的建模与仿真

本文以柔性机器人水下环境中的柔顺运动为研究对象,建立了柔性机器人水下运动的动力学模型。并运用VC 6.0和Matlab7.0进行仿真,结果显示了柔性机器人在水下环境中良好的运动学特性。     

基于矢量建模的AUV水下目标探测仿真方法研究

采用矢量建模与虚拟仿真技术,模拟自主水下机器人(Autonomous Underwater vehicle,AUV)环境感知功能,对目标探测传感器视域及目标特征进行矢量建模。根据目标探测传感器的特征参数,利用边界矢量点描述目标探测的视域范围。以三维地理信息系统理论为基础,采用基于面向对象数据模型和基于表面三角剖分的方法来构建水下目标的三维空间数据模型。以三角形的空间拓扑关系为基础,分析了任意两实体的空间拓扑关系,并将其用于水下未知目标探测。通过水下目标的建模实例和探测仿真实例验证了建模与目标探测方法的正确性和可行性。     

智能化水下机械手的研究

水下机械手的研究和设计对水下机器人的应用和发展具有重要的影响,而智能化水下机械手要具有自主路径规划和目标类型判断的功能.文中首先简要叙述了水下机械手的发展现状和存在问题,然后通过分析抓取任务及环境信息的获取,设计了系统的硬件结构和软件组成.接着通过对水下机械手进行数学建模,阐述了抓取操作的工作原理,并给出了一个抓取过程的实例曲线.     

具有智能行为的双汉堡包机器人

日本东京大学工业科学研究所的T.Ura教授和他的研究小组研制了一种称作“双汉堡包”的自主式水下机器人。该机器人不用操纵人员控制,能够根据自己的判断进行运动。 这是一种为开发自主式水下机器人的各种软件与硬件用的通用试验台,它由一台内装的计算机进行控制。机器人通过用附属的TV摄像机和超声波测距机判断周围的环境进行运动,它也可以使用视觉与音响通信设备。 在水下工作的机器人通常叫作自主式潜水器(AUV),美国和英国都在大力研究这种潜水器。日本已研制了6种型号的AUV,其中5种是用于探测工作的,但该机器人是第一个能执行需要进行复杂智能判断任务(包括固定作业)的AUV水下机器人。     

自主水下机器人机械结构设计与实现

本文主要设计并制作了自主水下机器人的外形机械硬件结构。利用AutoCAD、Pro/e等计算机辅助设计软件,结合流体动力学相关理论知识,并综合考虑水下机器人相关部件,诸如驱动电机、摄像头、红外传感器、电子罗盘等部件的使用对水下机器人外形、重量、大小等方面影响,对自主水下机器人的外形等硬件结构进行优化设计,最大限度地减小水下机器人在水中运行时的阻力,减少功耗,节省能源,从而达到延长水下机器人在水下连续工作的运行时间。     

业界动态

中国科学家成功研制打捞核反应堆异物机器人由中国科学院光电技术研究所研制的水下异物打捞机器人,目前已交付广东大亚湾核电站使用。这是中国针对核电领域自主研发的首台水下异物打捞机器人,为核电领域水下机器人轻小化和智能化的发展提供了技术基础。水下异物打捞机器人主要用于对核电站反应堆堆芯上下部堆内构件吊出和回装堆芯时,进行水下监视观察以及对落入反应堆的异物进行打捞。它集光学、精密机械、自动控制、信息处理技术和系统集成于一体,具有对水下目标的自动识别、探测、作业等能力。据了解,这台设备由水下爬行机、二维云台、电…     

北极冰下自主/遥控机器人控制系统设计

针对北极冰下海洋参数监测的使命要求,对水下机器人控制系统进行了相关研究,将PC104总线与CAN总线应用到自主/遥控水下机器人中,实现了一种分布式与集中式相结合的水下机器人控制系统体系结构.从硬件和软件两个方面描述北极自主/遥控水下机器人控制系统的实施方案.     

中国研出新概念水下机器人 有助海洋监测

据中国科学院消息,中国科学院沈阳自动化所自主开展研发的“混合型水下机器人(ARV)关键技术研究”及“水下滑翔机器人研究”顺利通过验收。这标志着沈阳自动化所在新概念水下机器人研究方面又取得了技术突破。ARV是一种集自治水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)技术特点于一身的新概念水下机器人。它具有开放式、模块化、可重构的体系结构和多种控制方式(自主/半自主/遥控),自带能源并携带光纤微缆,既可以作为AUV使用,进行大范围的水下调查,也可以作为ROV使用,进行小范围精确调查和作业。与传统的AUV相比,ARV可以携带机械手,增…     

基于视觉感知的海生物吸纳式水下机器人目标捕获控制

针对近海水产养殖环境下海生物目标的机器捕捞,设计了一款海生物吸纳式水下机器人.该水下机器人可以采取手动遥控吸取和视觉伺服控制吸取方式完成对海生物目标的机器捕捞.为了实现基于视觉感知的目标捕获控制,在摄像机平面坐标系上建立了水下机器人和目标之间的运动学关系,并在此基础上提出了自适应递归神经网络控制器.通过设计递归神经网络估计和补偿外界环境干扰,利用S面函数使水下机器人快速到达期望位置并保持稳定,结合递归神经网络和系统动力学模型设计鲁棒函数进一步提高非线性系统在视觉控制中的可靠性和稳定性.最后,在近海自然养殖条件下对海生物进行视觉跟踪控制实验,实现了对海生物目标的主动吸取控制,验证了该控制器的功能.     

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。     

水中武器仿真系统中的HLA环境成员

为使训练具有真实、逼真的效果,对水雷作战环境的合成是一个至关重要的环节.根据水雷作战的特点和环境,通过环境数据采集和实时变化模型,构建了一个水雷作战环境.在作战环境仿真过程中,对象的状态、运动等,都会受到环境的影响.为反映出这些影响因素,并保持其一致性,在HLA(high level architecture)仿真中设计专用的环境成员,通过统一的接口,实现对所有环境数据的统一控制.通过在水中武器综合仿真系统中的实际应用,很好的完成了仿真任务.     

水声环境特征参数并行预报方法研究

随着水声装备的快速发展,其性能发挥与海洋环境的耦合越来越紧密,如何为水声传感器提供长时间、大范围、精细化水声环境参数信息,对优化水声传感器设计,充分发挥其探测性能,实现海洋环境与传感器性能发挥的最佳匹配具有重要意义。利用MPI并行编程环境开发了水声环境特征参数并行预报程序,实现了水声环境特征参数的快速预报,针对并行程序存在的任务负载不均衡问题,分析了造成负载分配不均衡的原因,给出了性能优化的策略和方法。测试结果表明,优化后的并行程序,负载均衡问题得到了有效改善,计算时间大幅缩短,大大提升了水声环境参数预报能力。     

水下机器人在渔业中的应用现状与关键技术综述

总结了2007～2021年水下机器人在渔业环境监测与水生动物行为监视、水生动物视觉识别与捕获、水生动物生存环境维护方面的应用现状,综述了在渔业场景下应用的水下机器人的关键技术,分析了水下机器人结构设计与外形优化技术、水下机器视觉与图像增强技术、水下运动规划和水下环境信息获取与传输技术等的研究现状与存在的问题。最后,展望了专用于渔业场景的水下机器人在未来的研究方向。     

Visual SLAM for underwater vehicles: A survey

Underwater scene is highly unstructured, full of various noise interferences. Moreover, GPS information is not available in the underwater environment, which thus brings huge challenges to the navigation of autonomous underwater vehicle. As an autonomous navigation technology, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) can deliver reliable localization to vehicles in unknown environment and generate models about their surrounding environment. With the development and utilization of marine and other underwater resources, underwater SLAM has become a hot research topic. By focusing on underwater visual SLAM, this paper reviews the basic theories and research progress regarding underwater visual SLAM modules, such as sensors, visual odometry, state optimization and loop closure detection, discusses the challenges faced by underwater visual SLAM, and shares the prospects of underwater visual SLAM. It is found that the traditional underwater visual SLAM based on filtering methods is gradually developing towards optimization-based methods. Underwater visual SLAM presents a diversified trend, and various new methods have emerged. This paper aims to provide researchers and practitioners with a better understanding of the current status and development trend of underwater visual SLAM, while offering help for collecting underwater vehicles intelligence.     

光线自适应的水下管线识别与定位系统

本文论述了在水下环境下如何通过视觉识别管线并给以精确的定位．提出了水下视 觉系统的总体设计方案．在识别目标时,以目标的颜色为特征,并将颜色从RGB空间转换到H SI空间,使图像处理的速度和特征抽取的鲁棒性得到提高．由于水下环境光照变化剧烈,使 用模糊神经网络来动态调整特征颜色阈值．对水下环境中点和线的精确定位进行了详细的分 析,给出定位算法．最后的实验结果证明了算法的有效性．     

水下战场环境虚拟仿真系统

针对水下战场环境对海军武器装备战斗力的影响,研究并提出基于虚拟现实和可视化技术的水下战场环境虚拟仿真系统总体结构,建立系统仿真模型,以海洋环境主要特征参数和水声模型为基础,实现对海洋地理环境、水文环境以及水声环境的综合仿真和可视化分析,从而为水下战场环境的认知、模拟训练以及作战应用提供有效手段。     

基于改进YOLO和迁移学习的水下鱼类目标实时检测

为了实现非限制环境中水下机器人基于视频图像的水下鱼类目标快速检测,提出基于改进YOLO和迁移学习的水下鱼类目标实时检测算法.针对YOLO网络的不足,设计适合水下机器人嵌入式系统计算能力的精简YOLO网络(Underwater-YOLO).利用迁移学习方法训练Underwater-YOLO网络,克服海底鱼类已知样本集有限的限制.利用基于限制对比度自适应直方图均衡化的水下图像增强预处理算法,克服水下图像的降质问题.利用基于帧间图像结构相似度的选择性网络前向计算策略,提高视频帧检测速率.实验表明,文中算法能实现在非限制环境下海底鱼类目标的实时检测.相比YOLO,文中算法对海底鱼类小目标和重叠目标具有更好的检测性能.     

软体机械臂水下自适应鲁棒视觉伺服

水下仿生软体机器人在水底环境勘测,水下生物观测等方面具有极高的应用价值.为进一步提升仿章鱼臂软体机器人在特殊水下环境中控制效果,提出一种自适应鲁棒视觉伺服控制方法,实现其在干扰无标定环境中的高精度镇定控制.基于水底动力学模型,设计保证动力学稳定的控制器;针对柔性材料离线标定过程繁琐、成本高,提出材料参数自适应估计算法;针对水下特殊工作条件,设计自适应鲁棒视觉伺服控制器,实现折射效应的在线补偿,并通过自适应未知环境干扰上界,避免先验环境信息的求解.所提算法在软体机器人样机中验证其镇定控制性能,为仿生软体机器人的实际应用提供理论基础.     

基于EZW的水下作战环境应用产品压缩研究

如何有效利用海军数据链系统传输战术水声环境产品是海军作战环境保障的关键问题之一.然而,战术水声环境数据具有较强的时空变化性,其数据量相对来说较为庞大,且在实际作战环境中,传输信道存在着各种干扰,特别是在海洋战场环境中,通信传输条件较差,传输时间紧迫,致使图像信息的传输容易受到外部因素的非正常干扰甚至中断,从而影响用户端对图像信息的接收.因此.寻求一种不依赖于通信时间和其它外部情况限制町随时结束编码实现数据压缩与渐进传输的编码方法是作战环境信息处理的一项必不可少的工作.运用目前较为先进的嵌入式小波零树编码算法对战术水声环境数据进行压缩,取得了较好的压缩效果,并在此基础上实现了图像的渐进传输,能够较好的适应复杂海洋战场的需求.