一种基于行为的自主/遥控水下机器人共享控制方法

自主/遥控水下机器人(ARV)是一种综合自主水下机器人和遥控水下机器人特点的新型水下机器人,融合ARV自主控制和操作人员遥控的共享控制是ARV控制的关键问题。针对ARV在环境探索任务中和目标观察任务中的共享控制,采用基于行为的控制思想,提出一种基于行为的ARV共享控制方法,包括实现环境探索的遥控行为、自主避障行为、以及实现目标观察的人机协同路径跟踪控制行为,通过设计的基于优先级的行为组织和融合方法,实现了ARV基于设计的行为以"人主机辅"模式执行环境探索继而以"机主人辅"模式执行目标观察过程的有效共享控制。基于构建的水下机器人共享控制仿真环境对设计的共享控制方法进行仿真实验,验证了提出的共享控制方法的有效性。     

海洋工程中水下机器人技术的创新与实践

本文主要探讨了海洋工程中水下机器人技术的创新与实践。水下机器人技术为海洋工程提供了诸多优势,如提高水下作业效率、实现自动化作业以及降低施工成本。在应用过程中,关键技术包括水下机器人的规划、传感器技术、环境信息采集、导航控制技术以及遥控和自主模式的选择。实践表明,水下机器人在海洋资源勘探、环境监测与保护以及辅助施工方面发挥了重要作用。具体案例包括海底管道检测、海洋环境监测和应急救援以及海洋工程建设中的应用。随着技术的不断进步,水下机器人技术将在海洋工程中发挥越来越重要的作用。     

多功能模态切换的有缆遥控水下机器人控制系统设计与实验

针对一种面向海洋工程水下结构检测与清污、多功能模态切换的新型有缆遥控水下机器人（ remotely operated vehi-cle,ROV）开发了一套水面水下控制系统。通过对机器人本体水下运动受力计算分析,设计出了动力推进系统,并搭建了水下控制器单元。水面控制台设计包含供电系统、操控系统、通信接口及上位机软件,可实现机器人遥控和监控2种模式下的中等范围搜索和定点观测,并可在浮游和爬行模态之间自由切换。水下机器人姿态测试、定航、定深实验表明：该ROV控制系统性能可靠,能够满足复杂多变环境中的工作要求。     

遥控水下机器人（ROV）分布式控制体系结构

本文阐述了我国自行研制的６００米水深作业型缆控水下机器人（ＲＯＶ）Ｂｉｔｂｕｓ（位总线）分布式控制系统的硬件和软件体系，本遥控水下机器人（ＲＯＶ）经水池及海上试验，技术性能指标完全达到研制要求。它的航行性能及作业能力达到或超过了国际同类产品，位总线分布式控制系统的大大增强了显控系统的能力。     

遥控自治水下机器人控制系统

针对一种新型遥控自治水下机器人ARV原理样机,开发了一套水面水下控制系统,它基于Modbus总线、具有ROV/AUV控制模式自动切换和独立工作能力.该系统包括直航、转向与潜浮三自由度运动控制功能,并搭建了一套由罗盘、陀螺、倾角仪和加速度计组成的小型组合自主导航单元.水池与湖上试验结果表明:ARV控制系统性能可靠,具有很好的鲁棒性与稳定性,能够满足水下机器人在复杂多变环境中的工作要求.     

某面向深水网箱作业的水下机器人

为解决目前深水网箱对水下作业机器人的需求问题,以作业型遥控式水下机器人(ROV)与系统需求为出发点,设计一种集成水下运动载体、高清摄像头、作业机械臂及末端执行器的美人鱼形水下机器人,同时要求满足机动驱动灵活,安全高效,信号传输稳定,适用于无人或辅助完成深水网箱作业.     

船壁清洗水下机器入水动力分析与试验研究

为更加高效地清理船舶外壁生物附着层,提高船舶运行的速度并降低能耗,研发出一种新型船舶清洗水下机器人,并对机器人的动力学方程进行简单分析。采用Fluent软件对机器人进行直航、下潜及横移3种状态下的阻力分析,通过曲线拟合得到速度与阻力之间的关系,验证其满足设计要求。对机器人在3种不同方向航行状态下的压力流场分布结构进行研究,结果显示3种状态下最大受力面上的阻力大小分布比较均匀,验证了机器人运动的可靠性。电路设计部分采用一种总线型分布式控制系统以及基于CAN总线的在线编程,实时性好。最终结果显示,水池试验结果与预期效果一致。     

基于西门子S7-200可编程控制器的水下机器人姿态控制研究

本文介绍基于S7-200可编程序控制器的带缆遥控水下机器人姿态控制的研究方案,同时根据带缆水下机器人多自由度的控制要求编写PLC程序和仿真触摸屏人机界面,并进行西门子S7-200CN组合实验控制板模拟调试。     

“海筝Ⅱ型”遥控自治水下机器人的运动控制研究

论文以＂海筝Ⅱ型＂遥控自治水下机器人为研究对象,简要介绍了该型水下机器人的总体性能和运动模型,着重对其运动控制展开研究。利用模糊PID算法来实现该型水下机器人的运动控制。并通过仿真和一系列的试验来验证其控制性能。     

基于Fluent的水下步行机器人结构优化设计

通过开展水下步行机器人结构外形设计研究,提出了一种在浅水环境下水下步行机器人的模型设计方案。由机体、腿部、连接、密封、浮力五个部分设计水下步行机器人,考虑浅水环境下洋流影响,利用流体力学软件Fluent对机体进行多次仿真优化,初步得到水下步行机器人模型。并对此模型进行数值模拟,计算收敛后,从Fluent软件中导出机器人的动压、受力等相关参数,并进行分析。计算结果验证了优化结构设计的优良性,表明采用此种方法研究水下步行机器人模型设计是可行的。     

水下软体机械臂的设计及控制分析

针对机械臂在水下的复杂工作环境以及目前水下机械臂应用的受限性,提出一种线驱动软体机械臂,采用刚柔耦合的结构,利用电机驱动2根绳索,减少驱动单元,降低能耗,提高了机械臂的柔顺性,使其能够更好地适应水下复杂的工作环境和作业需求。同时,采用经典的Denavit-Hartenberg(D-H)建模思想结合克赛拉特杆理论(Cosserat rod theory)对其进行运动学分析。在现有软体机械臂控制方法上,设计试验平台,采用尖顶从动的控制方式检测误差并进行分析,验证了重力因素对软体机械臂控制精度的影响,为软体机械臂在水下应用的控制策略提供参考。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

提出了一种新型的带缆水下机器人系统三维水动力数学模型。在该模型中脐带缆的控制方程由脐带缆任一微段中的力的平衡条件导出,在此基础上以该脐带缆的控制方程为核心,通过引入脐带缆与水下机器人连接点的边界条件而建立起整个系统的三维水动力学数学模型。数值模拟中作用在机器人主体上的水动力载荷和旋转导管螺旋桨的控制力在考虑了它们之间的相互影响基础上以计算流体力学方法求出。该模型的主要特点是克服了现有的带缆水下机器人系统水动力数学模型将系统各组成部分割裂处理、缺乏从系统整体理论框架中去观察脐带缆、水下机器人主体和螺旋桨推进器水动力特征的缺陷,从一种综合、整体的观点去观察分析带缆遥控水下机器人的动力状态。水下机器人在导管螺旋桨作用下回转运动的数值模拟结果表明,利用所建立的数学模型可以对带缆水下机器人水动力状态进行有效的数值模拟。     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

水下机器人姿态角LQR-鲁棒方差控制实验研究

采用自动平衡控制系统作为物理仿真系统对水下机器人姿态角控制进行实验研究.结合具体系统设计了鲁棒方差控制器,分析了设计参数和系统参数变化对系统性能的影响.针对系统对大偏差和小偏差不同的要求,采用了LQR控制和鲁棒方差控制复合控制器;结合实际参数不确定范围确定了合理的设计参数范围;进一步结合实际调试中的具体问题确定了适当的系统参数.研究表明,LQR-鲁棒方差控制策略可以保证系统在较大范围的参数变化时保持稳定,有适当的带宽,并对随机干扰实现了合理的抑制.研究结果可供研制水下机器人控制系统参考.     

The design of underwater hull-cleaning robot

The research on underwater ship-hull cleaning robot was conducted on the purpose of realizing the automation of cleaning underwater ship hull so that service life of ship will be prolonged and ship speed will raised. Moreover, fuel consumption and the work intensity of divers will be reduced. In this paper, the current situation and the latest technology in China and abroad were analyzed; meanwhile, the typical characteristics of the underwater cleaning robot were introduced. According to the work principle of the underwater cleaning robot, the emphasis was put on the analysis and study of permanent-magnetic absorption, magnetic wheel, airproof and anticorrosion, underwater cleaning equipment and control system. The robot is easy in rotation and simple in control.     

重力式码头沉箱接缝检测方法研究与改进

针对重力式码头沉箱安装接缝难以检测的问题,分别采用水下机器人、多波束扫测、三维声呐扫描技术进行检测。检测数据表明:水下机器人对沉箱接缝的检测效果直观、准确度较高;多波束测深系统对沉箱接缝具有一定的识别能力,但对于缝宽较小及距离较远的接缝分辨率较差;三维声呐探测扫测精度高,但扫测范围小且效率低。从测试原理上分析各种方法测试优缺点产生的原因并根据检测需求自主设计了三维声呐测量支架,实现对沉箱接缝任意深度量测,并结合工程实例取得良好的测试效果,为沉箱接缝检测方法的选取提供借鉴。     

高速无舵翼水下机器人运动控制研究

通过改进传统水下机器人体系结构中的执行层、控制层和感知层,提出了无舵翼水下机器人的运动控制系统,使得水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位的功能外,也能完成远距离高速航行等任务.具体的改变包括执行层中的推进器布置方式以及推力分配方案、控制层中的控制方法以及在感知层中加入局部目标规划器,这些改变解决了高速航行给无舵翼水下机器人带来的一系列问题.海上进行的对比试验和远距离长航试验,验证了无舵翼水下机器人在所提出的运动控制系统控制下是可以满足任务要求的.     

某型AUV运载器的定位方法与误差分析

传统AUV依靠水下惯性导航设备自主定位的方法无法实时进行水下信息感知和系统控制。水声定位是AUV定位导航技术的一个研究领域，可用于水下运动目标定位与导航、水下静止目标勘测等。本文分析阐述三种经典AUV定位方法，进一步研究AUV快速定位解算原理，论证影响AUV运载器在深海工作时产生的定位误差来源并进行仿真试验分析，最终将研究成果应用在目前现有某型AUV运载器上，实现自身水下定位、导航与远程遥控。     

仿胸鳍/尾鳍推进水下航行器方案设计与模型试验

针对小型水下航行器开展了系统方案设计,系统主要包括中央主体模块、胸鳍模块、尾部推进模块及控制模块。选用可编程序控制器(PLC)实施运动控制,完成了模型制作,编写了控制程序,并进行了初步的模型试验,探讨了仿生水下航行器运动的基本性能。