Dynamics analysis of planar armored cable motion in deep-sea ROV system

The armored cable used in a deep-sea remotely operated vehicle（ROV） may undergo large displacement motion when subjected to dynamic actions of ship heave motion and ocean current. A novel geometrically exact finite element model for two-dimensional dynamic analysis of armored cable is presented. This model accounts for the geometric nonlinearities of large displacement of the armored cable, and effects of axial load and bending stiffness. The governing equations are derived by consistent linearization and finite element discretization of the total weak form of the armored cable system, and solved by the Newmark time integration method. To make the solution procedure avoid falling into the local extreme points, a simple adaptive stepping strategy is proposed. The presented model is validated via actual measured data. Results for dynamic configurations, motion and tension of both ends of the armored cable, and resonance-zone are presented for two numerical cases, including the dynamic analysis under the case of only ship heave motion and the case of joint action of ship heave motion and ocean current. The dynamics analysis can provide important reference for the design or product selection of the armored cable in a deep-sea ROV system so as to improve the safety of its marine operation under the sea state of 4 or above.     

基于单目视觉的水下目标三维信息重建方法研究

基于手眼协调原理,提出了一种采用单目摄像机对具有几何形状约束特征的水下目标进行三维信息重建的方法。方法首先对水下目标进行二值化处理,并对二值图像的几何信息提取与处理,然后配合机械手的动作获取目标的空间位置信息,进而通过视觉引导机械手与目标成特定的相对姿态,最后通过摄像机的空间位置与姿态信息推断出目标的空间位置与姿态信息。这种方法避免了传统机器视觉存在的水下目标模糊、纹理特征不明显、图像匹配困难等问题,根据二值图像的几何信息能够更稳定有效的获取水下目标的三维位置姿态信息。     

复合液压缸式半主动升沉补偿系统建模及仿真

为提高深海有缆水下机器人吊放作业的安全性,提出一种复合液压缸式半主动升沉补偿系统,介绍系统的工作原理,并利用AMESim分别建立了系统在被动升沉补偿模式与半主动升沉补偿模式下的仿真模型。对比分析了不同升沉频率下系统的补偿性能和补偿过程中复合液压缸活塞位移与蓄能器压力的变化规律。分析结果表明,所提出的半主动升沉补偿系统能有效降低周期性母船升沉运动对铠缆张力和中继器位移的影响。     

面向水下阀门开闭的水下机械手轨迹规划仿真

为了实现水下机械手自主旋转水下阀门自动控制优化设计,研究了水下机械手的轨迹规划.水下机械手自主旋转水下阀门过程分为接近、旋转两部分.在机械手接近阀门的规划轨迹中,引入梯度投影法(GPM)优化关节角,并提出了一种新的配置GPM优化因子方案;在机械手旋转启闭阀门轨迹规划中,使用五次多项式完成关节空间轨迹优化并形成末端的圆形轨迹,结合几何法和欧拉角法求解运动学逆解;在Matlab中完成仿真,证明了GPM比加权最小范数法更好的关节角优化效果,实现较高的末端轨迹精度;验证了圆形轨迹和逆运动学理论的合理性.     

基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿研究

深海有缆水下机器人在恶劣海况下作业时,常配备相应的升沉补偿系统以提高水下机器人释放和回收作业的安全性。重点研究了基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿方式,介绍了与实际系统相似的半主动升沉补偿模型系统,并阐述了系统的功能组成和工作原理。考虑了弹性负载的影响,建立了由伺服放大器、阀控非对称缸和弹簧负载模型等构成的电液位置伺服系统的传递函数模型。在此基础上,根据阀控非对称缸的输入电压与活塞输出速度之间的非线性关系,设计了分段前馈控制器,以提高系统的动态响应性能。最后进行了半主动升沉补偿性能试验,结果证明了所研究的半主动升沉补偿方式的有效性。