水下安全检测与作业型机器人控制系统

[目的]针对船体、大坝、水下钢结构等表面附着物的安全检测,以及附着物清除作业的要求,需要研制一款新型水下安全检测和作业型带缆遥控水下机器人(ROV)。此类ROV需针对不同作业任务更换机械手,实现抓取、切割的功能,从而保证去除结构物上的附着物。[方法]阐述水下安全检测和作业型机器人的整套系统组成及原理。该系统以Arduino单片机为控制面板信号采集工具、以水面监控系统开发工控机为平台,零浮力脐带缆以2对双绞线、1对电源线为信号电力传输线,水下控制系统以ARM嵌入式为主控单元。建立ROV动力学模型,设计ROV艏向控制的广义预测控制器。经过系统调试,进行水池试验和湖上试验。[结果]试验证明,该系统运行正常,整套控制系统的稳定性、可靠性、实时性均达到设计要求,满足水下安全检测及作业要求。[结论]该系统设计方案和控制算法对于其他水下机器人的控制系统研究均有借鉴意义。     

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。     

腹部作业型水下机器人控制系统研制

[目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。[结果]单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。[结论]该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。     

基于指数趋近滑模控制的水下机器人-机械手系统轨迹跟踪

针对水下机器人-机械手一体系统需要快速、准确实现预定轨迹跟踪以实现作业的要求,提出一种基于指数趋近律的滑模变结构控制方法,以期提高系统的响应速度与控制精度,并减小系统抖振,实现对系统运动轨迹的控制。为此本文首先建立水下机器人-机械手系统整体动力学模型,并基于指数趋近律和滑模变结构控制建立系统的控制器,通过李雅普诺夫稳定性理论对控制系统的稳定性进行验证。然后在Matlab环境中对水下机器人-机械手系统进行轨迹跟踪控制仿真。仿真结果表明,建立的滑模控制系统响应快,控制误差小,能够有效地实现水下机器人-机械手系统的运动轨迹控制。     

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.     

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。     

新型消防用水下搜救机器人研发设计

介绍了一种消防用水下搜救机器人的设计,该水下机器人具有价格低廉、功能齐全、实用可靠和操作简便的特点,可完成水下多自由度方向运动、水下定位,不同目标的可视化探测和成像识别等作业。本文完成了消防用水下机器人的总布置设计,设计了电子舱的结构并对其进行了强度校核,评估了机器人水下稳定性,设计和论证了机器人的推进系统。     

基于模糊理论的水下机器人运动控制研究

水下机器人归属于高科技产品的范畴,它的运动过程具有非常典型的特点,强耦合、非线性、不确定性等,由此对控制系统的性能提出较高的要求。为满足水下机器人的控制需要,可对模糊控制理论加以合理运用,借助模糊控制技术,构建运动控制系统,依托该系统对水下机器人的运动过程有效控制,从而最大限度发挥出水下机器人的作用。以模糊控制的方法设计运动控制系统时,要充分考虑水下机器人的运动角度和速度,以此来确保系统的可用性,达到预期中的控制效果。     

超短基线系统在ROV水下定位的应用研究

一、概述 在实施水中消防作业、沉船打捞等救捞任务之前,首要的任务是要确切定位水下目标、了解水下情况。对海底失事船艇及其他沉没物的水下定位是一项关键且高难度的作业．水下定位一般是在概位搜索的基础上,利用声纳船及单（双）船拖扫方法并经潜水员水下探摸确定沉船的具体位置。随着水下机器人技术的成熟,利用水下机器人进行水下定位作业也得到越来越广泛的应用。     

深水溢油事故处置可视化监控系统

文中以深水环境中发生沉船及其他溢油事故的处置为背景,针对水下机器人辅助钻孔抽油一体化装备进行水下溢油事故处置的作业过程,重点对水下摄像、声呐等关键技术进行研究,开发了深水可视化监控系统,引导水下机器人对事故现场进行勘探,完成作业过程的全程监控,实现设备的运行监测。     

便携式水下机器人设计

出于对近海海洋探索的目的,本文应用了上次研究[1]的水下ROV空间姿态控制系统设计了一种便携式水下机器人。该水下机器人系统硬件部分主要由电源模块、无刷电调、遥控部分以及姿态传感器模块组成,软件控制以及相关数据处理由一块ARM-M3内核的处理器完成,编译软件使用Kile。水下机器人结构采用3D打印机制作,材料选用PLA。遥控通讯采用CAN总线协议。水下机器人经过实际调试可以达到相关技术要求,下潜深度100 M,能实现简单的水下作业要求。     

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.     

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。     

基于改进GA优化的水下机器人航向鲁棒控制

基于某型号水下机器人水平面线性化模型,针对水下机器人系统存在的多种不确定因素,工作环境复杂多变的问题,采用混合灵敏度法设计水下机器人航向鲁棒控制器。在设计中,通过罚函数小生境遗传适应度值作为桥梁建立起遗传寻优与混合灵敏度参数之间的关系,构成多目标优化问题寻优加权函数。实验结果表明,所用方法可在保证系统较强鲁棒性的同时,又能兼顾时域指标和混合灵敏度加权函数频域要求,获得综合性能指标最优的鲁棒控制器,控制效果较好。     

矢量推进混合型水下运载器的概念设计研究

文章介绍了一种基于矢量推进方式的新型水下运载器的概念设计,提出了使用光纤微电缆(FOMC)连接蓝牙浮标实现半无线通信并应用于水下运载器的理念,对运载器的本体设计和控制方式进行了阐述,另外还基于MATLAB对控制上位机进行了仿真。作为一种新型水下机器人,它可以通过半无线控制,轻便灵活,实现五个自由度的运动,能在半人工控制和半自主运动的模式下,实现水下悬停、定深运动并能灵活回转和爬升下潜等,成为一种兼具ROV和AUV优点的混合型水下半自主航行器。     

水下机器人近水面横摇运动的解耦控制

水下机器人在近水面低速航行时,为了有效克服海浪干扰的作用,提高水下机器人横摇控制的性能,依据解耦控制理论和零航速减摇鳍的工作原理,在水下机器人水平面运动耦合模型的基础上运用解耦控制方法进行横摇控制.该方法将水平面运动耦合模型分解为横荡、横摇和艏摇三个子系统进行分析,根据期望性能指标配置横摇子系统模型的极点,并将均方差最小线性递推滤波算法引入到状态信号的反馈通路中.通过对各种海情下水下机器人的横摇运动姿态进行仿真,结果表明:该解耦控制方法可应用于水下机器人近水面横摇运动的控制,其控制结果良好.     

水下清刷装置优化设计及实验

水下清刷装置是水下船体表面清刷机器人的关键部件.文中分析了水下清刷装置在水下旋转的受力状况,建立了该装置在水下旋转过程中的动力学模型,运用优化设计和实验的方法确定合理结构参数,为设计和制造水下清刷装置提供了理论依据.     

基于AVR单片机和FPGA的舞蹈机器人控制系统硬件设计

介绍了一种能同时实现对2个直流电机伺服控制和对16个独立舵机调速控制的舞蹈机器人控制系统。采用了角度插值的舵机速度控制和节拍分割的舞蹈节奏控制方法,使机器人动作随音乐节拍变化自如且节奏感强。该舞蹈机器人在现场表演、比赛中性能稳定、表现突出。     

一种水下等离子体声源充放电控制系统设计

介绍一种水下等离子体声源充放电控制系统的设计方案,能为水下强声源干扰对抗控制提供一种解决途径,设计的充放电控制系统能实现对多个等离子体声源的充放电进行远程操控,并监控工作状态。控制系统设计上选取高精度器件,并采取了一系列防护措施,以适应复杂的工作条件,并满足微秒级高精度时序控制要求。     

船体清洗机器人的开发现状与展望

从船坞内作业和水下作业这两个方面对目前国内外所有船体清洗机器人的开发现状进行系统全面的介绍,包括超高压爬壁除锈机器人和水下船体清洗机器人,突出水下船体清洗机器人的发展优势。将现有的水下船体清洗机器人按磁吸附、真空负压吸附、推力吸附、复合吸附等吸附类型进行分类,具体针对各类吸附移动对其结构功能设计的优缺点进行分析比对。最后,总结吸附性和灵活性难统一、船体复杂壁面难适应和废水废渣难回收等技术难点,针对存在的问题提出推力磁轮复合吸附和水射流清洗技术相结合的创新设计建议,并对多功能化、高智能化、自主性强的多机器人编队协同作业的船体水下清洗发展进行展望。