自治水下机器人的研发现状与展望

本文介绍了自治水下机器人的研究意义和分类定义.对水下机器人的研究现状和国内外有代表性的自治水下机器人型号进行了综述.讨论分析了水下机器人研究的的关键技术,包括智能水平,能源问题,导航系统,传感器系统,水下通讯技术和多水下机器人协作研究,并指出了水下机器人的未来发展方向.     

多关节水下机器人方案设计与关键技术应用

针对自主水下机器人作业能力不强及现有链式多体水下机器人因推进器外挂而减弱了机器人通过性等问题,文章提出了一种多关节水下机器人总体设计方案,该多关节水下机器人由功能载体与基本载体经连接关节串联构成。文章首先介绍了功能载体与基本载体的结构构成;接着对方案中使用的关键技术原理进行了详细分析,如射流操纵、矢量推进、折叠天线等;最后研制了多关节水下机器人基本载体物理样机,并依次进行了湖上试验与海上试验。在定向变深度航行试验中,深度误差不大于±0.1 m,航向误差不大于±1°,试验结果验证了多关节水下机器人基本载体的航行能力,证明了文章所提出的多关节水下机器人设计方案的可行性。     

AUV闭环系统可辨识性分析及算法实现

针对水下机器人闭环系统辨识问题,应用闭环系统辨识理论,本文给出了水下机器人闭环系统可辨识的充分条件.运用增广的Kalman滤波算法对某水下机器人进行闭环辨识.获得了该系统模型.验证了所提出充分条件的正确性及算法的可行性.     

舵桨联合操纵水下机器人运动控制研究

水下机器人空间运动具有耦合性和非线性等特点,具有良好品质的运动控制器是水下机器人完成各种作业的前提.针对某舵桨联合操纵小型自主式水下机器人运动控制问题进行了研究.对速度,深度和艏向控制系统进行了介绍,根据控制需求,建立了水下机器人动力学模型,对执行机构进行了描述,设计了水下机器人滑模控制方案,采用变速趋近项代替一般指数...     

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.     

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。     

水下滑翔机器人嵌入式控制系统

本文对水下滑翔机器人的特点进行了详尽的分析.针对水下滑翔机器人控制系统的软、硬件组成特点和水下滑翔机器人工作原理,详细介绍了水下滑翔机器人嵌入式控制系统的软、硬件系统的组织机构.细致地阐述了软、硬件系统的设计理念与实现方法.     

基于传感网络的水下机器人控制器设计

由于水下机器人在水下受到不定水流的干扰,机器人控制器缺陷较大;设计并实现了一种以传感网络配合模糊控制理论的水下机器人控制器;利用频率为20kHz的超声波传感器网络组成控制器中的距离测量模块,对水下机器人测量方位和运动速度进行测量,给出了测距过程,主控模块以S3C2410嵌入式主控芯片为主,配合神经网络算法对障碍物进行判断,设计了详细的判断过程,提高机器人水下避障性能;最后进行实验,以M3型水下机器人作为测试对象,实验结果表明文章设计的机器人控制器比传统控制器在性能上有很大提高,完成工作的准确率大大增加,适合推广使用。     

一种水下探伤机器人动力定位控制方法

水下探伤机器人在执行任务时,机械臂作业过程以及风浪、水流等干扰将会引起机器人模型参数的变化,继而影响水下机器人动力定位控制。针对上述水下探伤机器人动力定位过程中模型不确定问题,提出一种基于模型逼近的RBF神经网络的自适应滑模控制方法,采用RBF神经网络对机械臂作业过程引起的水下机器人模型参数的变化及波浪等扰动进行在线逼近。将此方法应用到动力定位控制系统中,分别在平稳环境和扰动环境下,通过水下探伤机器人艏向及垂向的动力定位实验,验证了系统控制方法的有效性。     

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。     

通信距离约束下异构水下爬游机器人任务分配

为了保证执行任务的水下爬游机器人之间时刻保持信息交互,提出了一种带通信距离约束的异构水下爬游机器人集群任务分配方法;首先,建立了异构水下爬游机器人集群的任务分配数学模型;其次,分析了多水下爬游机器人通信距离、航程等约束条件;最后,采用蚁群优化算法对异构水下爬游机器人集群的任务分配问题进行求解,在满足约束条件情况下实现了多爬游机器人总航行距离最短;仿真验证了该方法在通信距离约束下实现多水下爬游机器人任务分配的有效性.     

蛇形机器人水下3D运动建模与仿真

由于蛇形机器人具有多关节、超冗余自由度的特点,以及水环境高度复杂非线性化,使得蛇形机器人的水下3维步态难以通过实验进行验证、分析及优化针对这些问题,根据蛇形机器人样机"探查者Ⅲ",搭建了水下运动的仿真分析系统.首先,分析了蛇形机器人水下运动时不同姿态下的水静力,计算了机器人受到的附加质量力和黏滞阻力的线性项和非线性项,并研究了流体力矩对水下运动的影响.然后,基于Morison方程建立了机器人与水交互的力学模型.最后,在仿真分析系统中对逐节下潜步态进行仿真,分析机器人的运动性能,并进行相应的实验.通过前进速度、下潜速度、运动趋势的对比表明:该力学模型能比较准确地模拟机器人与水环境的交互作用,仿真分析系统能用来验证和分析蛇形机器人的水下3维运动步态.     

一种水下机器人集成仿真系统的设计

在水下机器人的设计和开发过程中有一个严重的限制问题,就是由于水下机器人工作在较深的水中,因此很难观察到水下机器人的工作情况.针对实验室开发的新型水下机器人,该文的集成仿真系统提供了一个虚拟的海洋环境,和一些传感器的仿真,能够较为真实地模拟水下机器人的工作过程.它允许研究人员在实验室里方便地进行测试,并通过三维实时的图形场景对机器人的工作过程进行监控.最终通过仿真试验,完善了机器人控制系统的设计.     

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.     

智能水下机器人任务规划专家系统的研究

任务规划是水下机器人智能的重要组成部分,是实现水下机器人自主作业的关键。本文简要介绍了一个智能水下机器人任务规划专家系统的组成结构、知识表达方式及推理机设计,并对今后任务规划进一步的研究提出了一些设想。     

一种水下足式机器人的设计方案研究

海洋蕴含着丰富的自然资源,对海洋资源的合理开发与运用可以极大的缓解能源短缺问题,但由于海洋的复杂环境所带来的资源开发难度也不容忽略;针对这系列问题,对一种新型水下航行器进行研究,开展了水下足式机器人的总体设计分析,并通过三维建模对机器人进行结构设计;利用ANSYS对机器人关键运动部件进行应力分析,对机器人的设计进行完善;利用FLUENT软件进行流体模拟仿真,计算得到机器人腿部在水下运动时的受力特性;使用Adams软件对机器人的运动进行动力学仿真,计算机器人腿部扭矩输出特性;结合仿真结果对机器人的硬件系统进行选型,完成水下足式机器人的总体设计。     

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.     

水下六足机器人及其运动规划研究现状

水下六足机器人具有丰富的步态样式和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对水下障碍、礁坪等复杂特殊地形的极强适应性,具有广泛的应用前景。本文通过充分的文献调研和总结,对目前水下六足机器人平台发展现状进行了综述。针对水下六足机器人的海底爬行能力,分别从稳定性判据、路径规划与自适应行走方法 3项关键技术进行了分析和总结;在稳定性判据方面,分别针对水下六足机器人静态稳定性判据与动态稳定性判据进行阐述;在路径规划方面,在目前典型陆地六足机器人路径规划方法的基础上,结合水下六足机器人独有的运动特性进行阐述;针对水下六足机器人自适应行走方面,分别阐述传统自适应调整方法与目前基于深度强化学习的方法进行介绍;最后对这些关键技术的未来发展趋势进行了展望。     

基于模糊技术的水下机器人运动控制

发展水下机器人有着重大而深远的意义,水下机器人的运动控制是实现其智能化的关键,是国内外研究的热点。本文将模糊技术应用于水下机器人,根据水下机器人的六自由度运动模型,设计了水下机器人模糊控制器与PID控制器,并进行了仿真环境下的试验比较。试验结果表明,基于模糊技术的方法显然有较大优势,更有利于控制水下机器人的运动。     

基于奇异摄动法的水下机器人优化PID控制

为了提高水下机器人位置控制的精确性,降低因系统耦合而造成的位置误差,提出了针对六自由度水下机器人的奇异摄动系统建模及控制方法.首先对水下机器人的姿态和位置进行动力学建模,将速度、角速度作为快变量,位置、姿态作为慢变量,从而把模型转换为奇异摄动系统模型,再对奇异摄动系统模型进行快慢分解,对快慢系统分别设计PID控制律,最...