未知环境下多AUV协同避障方法研究

针对多AUV（autonomous underwater vehicle）系统在未知环境中进行路径规划时难以兼顾避障与编队的问题,提出了一种基于领航—跟随者与行为的多AUV协同避障方法。首先,通过构造碰撞危险度及偏离目标评价函数,设计了AUV局部路径规划方法;在此基础上,结合编队控制方法,分别为领航者和跟随者设计不同的行为以及行为选择模式。半物理仿真实验结果表明,该算法能够实现多AUV系统在未知环境中的协同避障,且队形偏离度与恢复队形时间优于传统多机器人避障算法。实验结果证明了该算法的可行性与有效性。     

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.     

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。     

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．     

基于成像声纳的水下管线跟踪方法

针对传统光学传感器易受海水浑浊度影响,采用成像声纳作为自主水下机器人的信息输入,研究如何对水下管线进行跟踪控制。由于声纳图像噪声大、分辨率低,采用了相应的图像处理方法。首先通过多尺度膨胀滤波算法增强管线特征,然后进行Canny边缘检测,最后利用Hough变换提取管线。水下管线跟踪分为搜索和跟踪两个阶段,针对管线位置大体已知和未知的两种情况分别采用随机和往复搜索方式;跟踪阶段提出了基于行为的控制算法,即将跟踪任务分为找到管线、接近管线、跟随管线和管线丢失等四个子任务,在不同的子任务内执行不同的控制策略。将图像处理算法进行了实验验证,管线识别率达到90%以上,并将搜索和跟踪算法在三维仿真环境中进行了仿真验证,表明该算法具有较好的有效性和实时性。     

基于QEMU的CAN网络仿真

为了缩短CAN网络的开发周期,降低成本,通常先通过软件进行仿真。在此采用QEMU作为其单个结点,并通过Socket CAN将各个结点链接起来组成CAN(Controller Area Network)虚拟网络。在设计单结点时,采用最新的QOM(QEMU Object Model)模型,设计了通用的独立CAN控制器SJA1000,包括设备模型、设备前后端、设备驱动的设计。最后在QEMU实现了虚拟CAN设备,给出了其功能测试结果,并对搭建的CAN网络进行了性能测试,满足仿真要求。     

基于可旋转推进器的水下机器人运动控制研究

通过对水下机器人在运动过程中的受力以及力矩分析,水下机器人采用可旋转推进器,所以要实现六自由度的运动只需要4个推进器,采用推进器布局。建立了基于可旋转推进器的水下机器人六自由度运动方程,并有针对性的对六自由度运动方程进行了简化。水下机器人运动控制的分析离不开动力学模型,所以对其进行受力和力矩分析是必要的。在简化的运动方程的基础上设计了运动控制系统,并使用Matlab对其进行仿真验证。     

基于FPGA的便携式逻辑分析仪设计

介绍了一种便携式逻辑分析仪设计方案.利用FPGA完成数据采集、触发存储,通过USB接口将数据传送给便携式PC机,PC机软件用LabWindows/CVI编写,实现数据分析和波形显示.该逻辑分析仪具有很好的便携性,适宜外场调试,为多种开发环境提供方便.     

单波束前视声纳的信息提取方法研究

介绍了一种可用于小型水下机器人的前视声纳信息提取方法。利用该方法获取了声纳视域内目标的方位信息,这在小型水下机器人的自主目标跟踪和避碰方面具有很大的应用价值。该方法主要包括3个部分的内容:利用声纳数据生成声纳图像;对声纳图像进行预处理;从处理后的图像中提取目标的特征信息。针对图像中较大目标的边缘信息,提出了一种基于最小二乘法的分段曲线拟合的方法,并给出了基于实验室的水池中获得的实测数据的拟合结果,验证了该方法的有效性。