水下机器人动态对接中的碰撞与稳定控制

为更好地支持多类型水下机器人（AUV）的功能协同工作,进一步提高AUV的综合作业能力,本文针对喇叭口引导式回收坞站动态入坞过程中的碰撞问题,开展水下机器人动态对接技术研究。首先进行AUV的水下受力状况和碰撞相关参数的分析,在此基础上建立AUV入坞碰撞的物理模型,结合Adams/Matlab联合仿真技术,得到碰撞过程中的最大碰撞力,提高了仿真模型的实用性。同时,为解决动态入坞碰撞过程中AUV与移动坞站姿态变化较大的问题,本文设计一套AUV动态入坞的过程控制系统。仿真实验结果可知,该控制系统能够对AUV进行实时姿态调整,实现AUV在复杂场景下的动态回收任务,减少回收对接工作所需要的时间,更好地支持AUV的水下协同工作。     

基于单双目切换的自主式水下机器人视觉定位方法

为了解决以双目视觉为主导的自主式水下机器人（AUV）对接回收过程中出现的单一摄像机遭受遮挡或因水下环境特殊而发生故障的问题，提出一种基于单双目切换的AUV视觉定位方法。该方法通过自适应阈值法区分图像中的光源与背景，通过中心加权质心检测法提取光源中心，并以光源中心点数量为判定条件选取单目或双目视觉定位，添加水体折射参数提高定位精度。试验结果显示，采用该方法的定位耗时相比以往减少约70%，定位结果输出稳定，对接精度在允许范围内。该方法在AUV回收对接过程中通过牺牲部分定位精度来提高对接的实时性和鲁棒性，保障AUV成功对接回收。     

AUV水下对接控制方法

针对AUV水下对接系统的需求,研究了AUV对接航行中的控制方法。将导引和控制过程分为追踪回归和直线对接2个阶段。通过仿真计算研究,验证了控制策略和算法的可行性。     

弱磁型四旋翼AUV的深度与姿态控制

为对磁性敏感的实验装置提供一个无磁干扰、具有一定深度以及姿态稳定的水下测试环境,设计一款基于经典比例积分微分（PID）算法控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器。本文通过外形设计,对该自主航行器进行三维建模,从而建立该AUV的运动学模型,进行稳定性分析。通过电气系统以及控制系统的设计与组装,调整各控制参数,成功搭建该自主航行器并进行水池实验。通过实验可知,基于PID控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器通过无浮力缆与上位机连接,可以实现定深以及定姿态的功能。同时将各个误差值控制在理想范围内,验证了该控制系统的稳定性以及鲁棒性。     

自主式水下机器人水下对接技术综述

自主式水下机器人(AUV)作为水面支持平台和海底空间站以及深海长期观测系统之间的重要纽带,其水下对接技术一直以来都是国内外的研究热点。在归纳、分析国内外AUV水下对接技术如水下箱(笼)式对接、机械手或载体辅助式对接、杆类引导对接、平台阻拦索式对接和喇叭口式引导对接技术的基础上,介绍各种AUV对接技术的实现方法和结构原理,以及对接技术的发展现状与趋势。并针对目前应用较为广泛的喇叭口式引导对接方式,详细介绍一种针对重型AUV的水下对接系统。经试验验证,该系统模块化强,对横滚姿态要求低,适用于多种尺寸AUV,对接系统的对接成功率高。所做工作可为今后AUV水下对接技术的发展提供参考。     

面向AUV水下移动对接的实时路径规划方法

自主水下机器人(AUV)与移动对接平台之间的实时路径规划,是AUV与移动对接平台进行自主对接的使能技术之一。针对复杂动态环境下AUV与水下移动平台对接的实时性和终端姿态需求,研究了一种基于混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)的AUV与水下移动平台对接的实时路径规划方法。利用对障碍物约束、AUV本体约束进行相应的分析和线性化,根据多个对接阶段的需求设计了距离收敛、时间最优和姿态最优等不同的目标优化函数,建立了移动对接目标函数,形成相应的多约束线性规划模型,实现对AUV加速度优化,得到满足所有约束且目标函数最优的实时优化路径。最后,在充分考虑AUV实际的动力学模型下的仿真实验分析,验证了此方法的有效性。     

AUV水下对接的发展与应用现状

为了更好地了解AUV水下对接技术,本文对AUV水下对接技术的现状进行梳理,介绍各个国家对于AUV水下对接系统的研究成果。同时,为进一步阐明AUV水下对接系统的结构,按照自动化实现难度对国内外的AUV水下对接系统进行归类总结。根据整个对接过程中使用的传感器、水下环境和需要的定位信息等因素,对国内外AUV水下对接系统的对接阶段进行划分,并分别讨论各个阶段所需要的导航传感器和定位信息。对于对接精度问题,从对接干扰、对接失误等方面阐述了AUV水下对接时存在的问题和解决方案,并归纳对接控制策略。最后结合AUV对接技术的最新成果,从多个方向探讨了其发展趋势。     

一种AUV载荷分离过程实验研究与分析

自主式水下航行器(AUV)越来越广泛应用于携带、布放载荷。介绍一种AUV两侧对称携带载荷的布置方法,对AUV与载荷分离过程做简单说明。通过对AUV携带2种不同重量的载荷海上航行实验数据分析,验证了采用该布置方案,载荷分离可靠,且对AUV水中航行姿态影响不大;同时,携带载荷水中重量越大,载荷分离对AUV水中航行时的横滚角影响越大。     

自主式水下航行体模块化设计关键技术

针对自主式水下航行体(AUV)柔性化设计问题,通过对国外AUV研制技术的分析,突破了传统的按分系统进行设计的模式,提出了面向AUV族的模块化设计及其关键技术.该技术的提出对促进我国AUV发展以及全面提高我国AUV研制水平具有一定的指导意义.     

重于水型AUV模糊路径规划与优化

为了实现重于水型自治潜器(Heavier-Than-Water Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在未知水下环境中的局部路径规划。首先根据AUV的运动方程和机翼升力特性,在Matlab中建立动力学模型。设计模糊控制器,以声呐对障碍物探测得到的距离和方位信息作为输入量,实现了AUV在水下障碍物环境中的路径规划。最后,为提高AUV的能量利用效率,用遗传算法对模糊控制器的隶属度函数进行优化,并通过仿真试验证明了优化后AUV在避障期间能源消耗更少,说明该路径规划方法具有实际应用价值。