超小型水下机器人改进设计及智能控制系统

基于目前部分超小型水下机器人的机械不足之处，提出简单易行的改进方案。提出包含智能闭环控制算法的软件设计框架，使超小型水下机器人具有更强的鲁棒性, 灵活性及适应性。在具有复杂流场干扰的实验环境测试下，改进型超小型水下机器人具有明显的优势。     

超小型水下机器人智能定位系统

提出一种新的超小型水下机器人智能定位系统.融合短基线定位声纳、电子罗盘、X/Y倾角传感器和深度传感器组成超小型水下机器人定位的硬件系统,使用基于构件的方法开发了针对超小型水下机器人定位系统的水上控制计算机三维虚拟显示软件.使用马尔可夫自定位算法在实测定位声纳信号的间隙推算水下机器人的位置,提高定位速度,使其与姿态传感器同步.设计了定位算法有效性的测试实验,结果证明算法有效.     

TPR码垛机器人系统Matlab-Solidworks仿真平台设计

在Matlab环境中设计和实现了沃迪装备TPR混联码垛机器人的跨领域的仿真.仿真设计内容包括人机交互界面（HMI）包括控制器参数调试专用界面（CPTI）、状态机、轨迹生成器、控制器以及从Solidworks中导出的机器人本体模型,并且包括对这些功能模块的集成,信道的建立和对数据信号的操作显示和处理.交互界面方便人机交互和控制器参数的调试;状态机的设计依据是机器人工作状态跳转的内部逻辑;轨迹生成器解算和生成了各轴的轨迹的时间序列点;控制器的设计使用了PID算法,但位置环和速度环是并行结构关系而非内外环结构关系;机器人机械本体CAD模型在Solidworks中建立,然后导入到Matlab中,经过调整后与其他系统相集成.仿真系统的构建将为后续更优的轨迹算法设计和更优的控制器算法设计提供一个很好的仿真和验证平台.     

基于CoDeSys平台的六自由度工业机器人运动控制器设计

针对ER50六自由度工业机器人,基于CoDeSys软件平台开发了一款机器人运动控制器。采用ARM+CoDeSys架构和PLCopen规范进行六自由度工业机器人控制系统软件开发以及人机交互界面设计。首先根据D-H参数对ER50机器人进行运动学建模,并在此基础上封装ER50机器人正逆运动学功能块;然后对控制器的示教模块、点动模块以及在线编程模块进行软件开发并设计各个模块的人机交互界面。在ER50机器人上实现了运动控制器在线示教、点动以及在线编程等功能;最后通过直线和圆弧轨迹跟踪实验验证了运动控制器设计的有效性。     

基于Visual C + +的水下机器人手爪作业过程仿真与实现

针对水下机器人手爪作业过程的仿真实现,提出了一种界面友好的虚拟动态展示方法.该方法在已有水下机器人手爪的机械模型基础上,通过环境设置和相对位置调节,模拟水下作业过程;为改善虚拟作业过程的交互性并降低设计难度,在Visual C 环境下用帧动画方法实现了动态过程的演示.该方法的思路和程序结构适用于类似应用场合.     

超小型水下电视机器人

日本QI有限公司开发出一种超小型的“鱼夫”FM—3000型水下电视装置,从而扩大了其电视机器人系列。 新的电视机器人系统包括机器     

基于Zedboard的视觉导航除草机器人控制系统设计

现阶段水田除草大部分采用农药喷洒方式,这样会对环境造成污染。详细讨论了水田除草机器人控制系统的分析设计及实现过程,该系统采用Zedboard为控制核心,上位机通过ZigBee向机器人发送指令,驱动电机完成指定动作。重点研究设计了人机交互界面及视频远程监控。实验效果表明,该控制系统具有良好的动态响应特性,稳定性强。     

水下机器人便携式遥控单元设计

本文介绍了一种基于单片机与触摸屏的水下机器人便携式遥控单元设计方法,主要包括便携式遥控单元硬件结构、单片机与触摸屏之间的通信以及遥控单元软件设计等内容。通过该便携式遥控单元在北极冰下自主/遥控海洋环境监测系统中的成功应用,证明了这种遥控单元不仅具有良好的人机交互环境,而且具有体积小、操作方便、成本低和可靠性高等优点。     

可变形灾难救援机器人控制站系统的设计与实现

针对灾难救援应用领域具体需求,提出了控制站系统的设计原则.基于人机交互技术,设计了可变形灾难救援机器人控制站系统,该系统具有感知信息完整、操控灵活、界面友好、交互性强等特点.通过灾难救援模拟环境进行实验,验证丁该控制站系统可以实现机器人在复杂环境中的运动控制、多通道信息交互等功能,在灾难救援等领域具有可行性及有效性.     

服务机器人小型关节综合性能测试软件设计

介绍了基于Visual C++环境下的服务机器人小型关节综合性能测试机软件设计。小型关节作为服务机器人的重要组成部分，对机器人运动控制起到了关键作用。传统的机器人关节测试机测试参数不全面，需要对关节进行拆分，测试效率低。基于机器人小型关节工作原理设计的综合性能测试机解决了上述难题。测试软件采用模块化的设计方法，完成了测试流程控制、传感器数据采集、力矩电机控制和小型关节通信等工作，提供人机交互界面以及测试结果和数据的显示、保存及再现等功能。可以实现对小型关节传动精度、电参数、机械性能的快速测试，为寻找小型关节最佳工况提供参考，可应用于不同工况下服务机器人小型关节的综合测试。     

Design and performance evaluation of a biomimetic microrobot for the father–son underwater intervention robotic system

Underwater intervention is a favorite and difficult task for AUVs. To realize the underwater manipulation for the small size spherical underwater robot SUR-II, a father–son underwater intervention robotic system (FUIRS) is proposed in our group. The FUIRS employs a novel biomimetic microrobot to realize an underwater manipulation task. This paper describes the biomimetic microrobot which is inspired by an octopus. The son robot can realize basic underwater motion, i.e. grasping motion, object detection and swimming motion. To enhance the payload, a novel buoyancy force adjustment method was proposed which can provides 11.8 mN additional buoyancy force to overcome the weight of the object in water. Finally, three underwater manipulation experiments are carried out to verify the performance of the son robot. One is carried by swimming motion and buoyancy adjustment; the other two are only carried by buoyancy adjustment. And the experimental results show that the son robot can realize the underwater manipulation of different shape and size objects successfully. The swimming motion can reduce the time cost of underwater manipulation remarkably.     

基于双目视觉的水下海参尺寸自动测量方法

水下捕捞机器人在进行海参捕捞作业时,需要对海参进行精选分级。然而光视觉系统在水中的折射现象严重影响了海参尺寸的精确测量。因此,利用水下双目标定方法,求解水下相机模型参数,消除水下光线折射造成的图像失真,并在此基础上,提出了一种水下海参自动检测与尺寸测量方法。在左目矫正图像上,利用预先训练的YOLOv3海参检测模型,进行海参自动检测和感兴趣区域定位,并利用双目矫正图像构建当前水下场景深度信息。利用融合颜色和场景深度信息的高斯模型,构建新颖的GrabCut-RGBD图像分割方法,在感兴趣区域上分割二维海参目标。利用凸包与旋转卡壳算法,在海参目标图像上寻找最佳尺寸测量点,通过三角测量获取最佳测量点三维坐标,实现海参尺寸的自动测量。实验结果表明,所提方法在0.5～1.5 m范围内平均误差为1.65%,能较好地实现海参尺寸的水下测量。     

Navigation of an AUV for investigation of underwater structures

There is a great demand for autonomous underwater vehicles (AUVs) to investigate artificial underwater structures such as piles and caissons in harbours, and risers and jackets of deep-sea oilfields. This paper proposes an autonomous investigation method of underwater structures using AUVs that is implemented by initially detecting the target objects, localizing them, then approaching them by taking video images while closely tracing their shape. A laser ranging system and a navigation method based on the relative position with respect to the target objects are introduced to realize this behaviour.     

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。     

Amplifying shear deformation of finger pad increases tracing distances

Human sensory inputs and motor outputs mutually affect one another. We pursue the idea that a tactile interface can influence human motor outputs by intervening in sensory–motor relationships. This study focuses on the shear deformation of a finger pad while a person traces a line or circle. During these tracing movements, the finger pads were deformed using a tactile interface. The tracing distances increased when the finger pad deformations were amplified by the tactile interface, which indicates that the intervention in the haptic sensorimotor loop affected the tracing movements. Elucidation of such interaction between the tracing movements and the shear deformations of finger pads enhances the understanding of human-assistive haptic techniques.     

数字孪生水下三维实景数据底板获取技术研究

为了获取高精度的水下三维模型细节纹理结构,满足数字孪生建设对水下三维实景数据底板获取的需求,实现对水下构筑物的实时可视化动态监测,基于GNSS技术、USBL技术研究构建了水陆一体化定位技术,融合水陆一体化定位技术、有缆ROV和水下摄影测量设备等研发了水下摄影测量系统,实现了数字孪生水下三维实景数据底板的获取,并采用多波束测深系统、水下三维全景成像声纳系统等对水下摄影测量系统获取的三维实景模型数据成果精度进行了验证,结果表明：水下摄影测量系统获取的三维实景模型精度满足规范要求,可用于数字孪生流域、工程等水下基础数据底板的建设,也可为水下高精度三维场景重构再现和水利工程水下构筑物实时动态监测提供技术支撑。     

水下无人装备声呐发射机自动测试系统设计

针对某型水下无人装备声呐发射机的工作原理和现有声呐发射机检测方式落后,检测能力不足等问题,设计了基于国产PXI总线仪器平台的水下无人装备声呐发射机自动测试系统;首先分析了发射机的工作原理和检测需求,进行声呐发射机自动测试系统的总体设计;其次介绍自动测试系统的软硬件平台实现方法和关键技术,包括国产PXI总线仪器选型、接口单元设计、测试平台软件架构设计和实现以及数据处理算法设计和实现等技术;最后对声呐发射机自动测试系统的试验结果进行分析;应用结果表明：该系统能实现某型水下无人装备声呐发射机主要参数的测量,相较传统测试方法,自动测试系统能够节约大量的测试时间与人力,实现测试工作效果的最大化提高,并且还能防止人为因素对测试结果造成的不良影响。     

水下分散自重构系统设计

研究一种新的水下系统设计概念,水下分散自重构系统.该系统由数量不定的少数几类相似模块组 成,通过模块之间的连接和分离,可以实时改变系统构形.通过模块的协调变形,可以实现不同的运动方式.开发了 一个基本的样机系统,称为USS.USS目前只包括一类模块,可以实现2 种平面基本构形和2种空间基本构形.由于 具有浮力调节能力,可以通过平面构形实现海洋水体空间机动,以及海底和水下结构物中的运动.     

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。     

多通道可重构水声信号采集模块设计

针对水声信号探测系统的需求,设计一种多通道可重构且小体积高集成度的水声信号采集模块。根据性能指标要求和水声信号特点,提出采集模块总体设计方案,硬件方面加入可重构带通滤波器增强采集模块的通用性,采用基于IEEE 1588V2标准的精确时间同步协议方案,提高多模块分布式应用时的系统采集同步精度;开发基于QT的处理机显控软件,实现采集控制与数据实时回看。对采集模块性能进行测试,其结果表明,该水声数据采集模块能够满足设计需求,其已在某声纳工程项目中得到实际应用。