自主式水下机器人最优路径规划问题的研究

路径规划是水下机器人实现自主航行的重要环节。根据自主式水下机器人的动力学性质，路径规划的特点以及实现智能行为的要求，采用基于案例的遗传算法，实现了自主式水下机器人最优路径规划。给出该方案的基本框架和算法，在基于案例类比的学习方法中引入模糊多属性综合决策的方法建立决策算子进行案例的匹配，在遗传算法中实际知识的指导，适当地改进遗传算子，加快搜索速度。仿真结果证明该路径规划方法能够取得较好的规划结果，使自主式水下机器人具有了一定的自主导航，自主避障和自主作业的能力。     

船体小组立机器人焊接三维扫描识别系统设计

针对船体小组立结构件，基于三维点云数据，利用点云和图像处理算法，完成船体小组立结构件的三维扫描、焊缝识别和焊缝拓扑结构分析。基于片体智能化焊接流水线，构建船体小组立机器人焊接三维扫描识别系统。该系统具备对一般筋板类型结构件与交叉类型结构件的焊前扫描、焊缝识别、机器人焊接路径规划和机器人焊接作业生成等功能，经实际验证，可为片体智能焊接流水线实现船体小组立结构件智能化焊接提供准确的视觉信息与作业信息。     

基于DELMIA/Robotics船体分段焊接仿真

随着造船自动化程度不断提高,工业机器人在船舶建造过程中的运用会越来越广泛。本文运用DELMIA/ Robotics对船体分段焊接过程中进行离线仿真。系统研究了复杂空间环境下机器人焊接过程中任务仿真、路径规划、碰撞干涉、离线编程等问题,验证了造船机器人焊接的可行性、安全性,提高造船自动化技术水平。     

基于C++二次开发的弧焊机器人离线编程3D打印制字研究

针对焊接机器人在线示教在复杂焊接路径规划方面的不足,市场化的通用离线编程软件价格又非常昂贵,二次开发了一种基于C++的机器人离线编程平面堆焊制字专用软件.利用TrueType Font矢量字库,编写字形轮廓轨迹的数据结构语言,包括字体格式、字形高度、始末点位置等信息,通过API函数Get Glyph Outline来获取字形轨迹的点位坐标.基于UVectorFornt的会话窗口,设计了友好的人机界面,输出机器人所能识别的dat和src文件.经现场焊接试验验证,该设计软件基本能够实现平面堆焊制字的目标,焊缝字形工整平滑,且二次开发成本较低.     

交互式水域环卫机器人的避障路径规划算法

为使交互式水域环卫机器人（Interactive Water Sanitation Vehicle，IWSV）在进行垃圾收集时成功捕获水中浮动垃圾并顺利规避水域障碍物，提出一种将基于采样的快速搜索随机树（Rapidly-exploring Random Tree，RRT）算法与速度障碍模型相结合的路径规划算法。利用双目摄像头基于视差定位法获取水域动态障碍物的位置坐标，利用IWSV搭载的感应元件获取其自身与障碍物的相对方位角，基于速度障碍法计算可成功避开障碍物的移动角度调整范围，对更优的RRT*算法中的随机采样过程进行进一步优化，得到改进的避障路径规划算法。考虑实际应用场景，引入抗积分饱和比例积分微分控制（Proportional Integral Differential Control，PID Control）法使航向控制器的控制效果更为精准有效。在实景测试时避障路径规划算法存在稳健性，基于到达时间（Time of Arrival，TOA）定位法进行仿真分析。仿真试验结果表明，该路径规划算法比RRT算法和改进前的RRT*算法路径规划效果更优，可靠性更好，可在较短时间内避障并得到较优移动路径。在实景测试时基于TOA的Chan算法更加符合定位估计需求，且IWSV本体感应装置的噪声测算宜在10 m以内。     

基于约束通道的船舶装配拆卸双向RRT路径规划

为有效解决产品装配拆卸路径规划中的运动约束问题,提出了一种基于约束通道的随机探索树RRT路径规划算法.该算法在双向RRT算法的基础上,对采样过程进行引导,将RRT树的扩展节点限定在预先设置的约束通道中.仿真结果表明,该算法在提高搜索效率的同时,能够有效解决约束条件下的装配拆卸路径规划问题.     

船舶中组立结构机器人焊接工艺参数规划

针对船舶中组立结构机器人焊接工艺参数规划的问题，对设计软件导出的工件及焊缝信息进行处理，构建机器人焊接工艺数据库，对焊缝特征进行智能化识别，完成基于特征的焊缝焊接工艺匹配。机器人焊接工艺参数规划可有效提升复杂情况下的船舶中组立结构焊接程序规划设计效率。     

基于遗传算法的多移动机器人路径规划

针对已知环境下多移动机器人路径规划问题,提出一种基于遗传算法的规划方法.该方法采用合理的适应度函数,能够引导有碰撞危险的多个机器人选择让自己都右转(或左转)的路径点,避免了多移动机器人避障死锁的问题.仿真结果验证了方法的有效性.     

虚拟环境下船舶安全航行路径智能规划仿真

为使驾驶员能够识别出航道存在的危险,确保船舶航行安全,研究虚拟环境下船舶安全航行路径智能规划仿真方法。在虚拟环境下,基于船舶航道高程信息,利用连续极小泛函序列方法获取船舶航行航道等距网格数据,利用对象图像渲染引擎处理航道网格数据,得到航道地形模型。利用Solid Works软件,通过创建基准面、生成船舶船体型线以及构建船体曲面模型等过程生成船舶三维模型。根据生成的航道地形模型与船体模型,提出适用于三维空间路径规划的空间分层路径规划方法,通过逆向逐步搜索路径过程得到船舶安全航行路径规划结果。实验结果显示,该方法生成的航道地形与船体模型较为完善,路径规划过程中能够有效躲避固定障碍物与移动障碍物,既保障船舶航行安全性又确保航程最短。     

船舶管路三维布局优化的变长度编码遗传算法

基于遗传算法提出一种适合船舶管路布局特点的变长度编码技术和相应的遗传算子。该编码方式和遗传算子具有下述的设计特点:保证染色体中的基因相互关联,避免在遗传操作中非法个体的产生;采用有方向指导的随机方式生成初始路径和子路径;根据约束条件划分布局空间;可在三维空间下对船舶管路优化布局进行研究。经仿真试验证明该方法可行、有效,优化结果令人满意。     

Path planning method for unmanned surface vehicle with controllable distance from obstacles北大核心CSCD

[目的]为了解决水面无人艇(USV)路径规划中安全性和平滑性方面的问题,提出一种与障碍物距离可控的USV路径规划方法。[方法]首先,结合雷达图像生成栅格化环境信息,利用维诺场算法(VFA)为每个栅格添加危险势场并建立航行界限;其次,建立与航行界限关联的危险度函数对A^(*)算法的评价函数进行改进,利用改进的A^(*)算法进行路径规划;最后,针对航行路径转向角较大的问题,采用梯度下降法(GDM)进行航行路径的平滑处理,得到满足USV实际航行要求的连续平滑路径。[结果]仿真结果表明,所提路径规划方法通过设置不同的航行界限可以实现路径与障碍物之间距离的控制且平滑性符合航行要求。[结论]该方法在USV路径规划过程中具有一定的合理性和有效性,可为USV自主避障决策提供参考。     

基于AQPSO算法的圆碟形水下滑翔机路径规划

为解决复杂海洋环境影响下圆碟形水下滑翔机的路径规划问题,采用多黏性Lamb涡叠加方法模拟洋流环境模型。以最小能量消耗为优化目标,结合B-spline方法生成光滑的曲线路径,采用自适应性基于量子行为的粒子群优化算法对圆碟形水下滑翔机的路径选择进行优化求解。将该算法与粒子群优化算法和基于量子行为的粒子群优化算法相对比,仿真结果验证了各算法在求解航行路径问题方面的有效性。此外,基于能耗最优原则分析各算法的适用性。     

环境地图的格栅化及路径规划研究

电子海图中的海洋环境地理信息通常由复杂几何图形构成,在路径规划时需要建模处理,格栅化是最常用的处理方法。本文针对实际环境中的路径规划问题,分析环境地图格栅化对路径规划的影响,并介绍A^*算法在栅格地图路径规划中的应用。以某海域环境为例,对不同尺度下的栅格地图进行路径规划对比分析。研究表明,环境地图的格栅化会显著提高路径规划的效率,但是过大的网格尺度会破坏规划空间的连通性。合理地调节障碍物边界处的等效网格设置,可以保证路径规划空间的连通性,在提高路径规划效率和成功率的同时,并不会影响规划路径的最终结果。     

水下采油树钢结构焊接残余应力消除

本文根据中国南海某气田开发项目水下采油树的应用环境及应用要求 ,对水下采油树钢结构焊接所产生的残余应力的机理、分布规律及其影响因素进行了分析,并阐述了控制水下采油树钢结构焊接残余应力的主要工艺解决措施。此基础上,将其应用于国产化备用采油树项目,满足了产品的应用要求。     

Workspace analysis to generate a collision-free torch path for a ship welding robot

We propose a method to determine the optimal initial location and to generate torch paths for a ship welding robot with 6 degrees of freedom (DOF). The optimal initial location is determined using an objective function, which is set up by combining constraints on the torch posture, manipulability, and the range of each joint angle to avoid collisions. A genetic algorithm (GA) is used to optimize the objective function because it does not require additional derivatives. After the initial location is determined, torch paths are generated by interpolating the starting point, endpoints and torch postures using inverse kinematics. Our method can be applied to automate the welding job for each block during ship building, irrespective of the shape of the robots, by changing the objective function.     

基于RRTConCon算法的船舶装配拆卸高斯采样路径规划

船舶舱室内的零部件在进行装配拆卸时,需要依据正确可行的路径进出装配体,通常采用路径规划的方法确定拆装路径。针对RRTConCon算法是采用随机采样的方法选取位姿点,在解决船舶舱室内狭窄通道的路径规划上效率不高的问题,提出了一种基于高斯采样的RRTConCon算法(RRTGaussion),采用高斯分布函数进行分区采样:在大的开阔区域设置较少的采样点,在复杂区域或狭窄通道设置较多的采样点,然后进行局部规划,找出拆装路径。通过在虚拟环境中对该算法进行仿真验证,结果表明,该算法在解决船舶舱室中狭窄通道的路径规划问题上效率高于RRTConCon算法。     

机器人智能焊接技术在甲板片体框架结构上的应用

针对甲板片体框架结构特点和机器人智能化焊接工艺要求，在合理的甲板片体分段划分基础上，综合运用机器人智能控制、离线编程、焊接工艺数据库和视觉识别等技术，完善机器人焊接作业流程，优化机器人焊接分段作业顺序，提高机器人焊接可达性，可进一步提高甲板片体框架结构机器人智能焊接技术应用水平。