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。     

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.     

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。     

ROV在导管架检查中的应用与安全管理

海上石油平台安装后,需要定期对导管架水下检查,以确保人员和生命财产安全。ROV遥控潜水器类似于一种＂带缆的水下机器人＂。在超过空气潜水范围的水深处检查具有明显的安全、效率、成本优势。介绍了ROV的功能和优势,介绍了固定式平台之钢质导管架式平台特点。以某导管架为案例,详细介绍了ROV的操作步骤。并介绍了ROV作业中的风险...     

一种水工结构物检测用ROV的设计与应用研究

介绍了一种用于水工结构物检测的遥控式水下机器人研究方案。探讨了其系统组成、基本功能和工作原理,以工程应用的有效性和实用性为目标,提出了机器人本体结构、探测系统、定位系统、动力系统以及控制系统的设计方案。最后通过实物的水池试验和外场试验,对该ROV具备的水下探测和运行性能进行了检验。     

海洋工程水下结构检测与清污机器人控制系统研究

针对自主研发的水下检测与清污机器人设计了一套控制系统.该系统分水面控制系统和水下控制系统两大部分,水面控制系统主要包括PC机、控制箱、脐带缆、控制摇杆等设备.水下控制系统包括嵌入式微控制器、视觉照明模块、安全保护模块、传感器模块、运动模块、供电模块等部分.并对控制系统的软件硬件进行了设计,建立了纵向和艏向动力学模型,根据ROV结构、功能特点等简化模型;设计了一种新颖的结合PID控制的约束输入输出的直接广义预测控制算法,并对水下机器人的艏向和纵向运动展开研究.仿真结果表明,该算法具有稳定性好、自适应强等优点,具有良好的控制效果.     

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。     

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.     

微型开架式水下机器人水动力系数测定

水下机器人水动力系数的准确测定,是对机器人运动进行仿真和控制的前提。以形状复杂的开架式有缆水下机器人(ROV)作为研究对象,通过一系列水动力试验,计算出适用于开架式水下机器人模型的几个重要的实时水动力系数,为自主遥控水下机器人(ARV)的运动仿真提供了数据支撑,进而为ARV的控制奠定了基础。     

基于模糊PID方法的ROV操纵控制仿真

为应对复杂的作业工况和海洋环境,研究了水下中型作业遥控机器人(ROV)的操纵控制运动.文章分析了作业型ROV的操纵特性,根据其基本的定向、定高和定深的航行能力需求,基于模糊PID方法的控制原理,为其配置了精度高、响应快的控制系统,建立了4自由度操纵控制运动模型,对定向、定高等运动性能的操纵进行仿真研究,通过水池实验验证了该控制方法的有效性.     

轻型水下观察ROV

正江苏科技大学海洋装备研究院的水下观察型ROV由ROV本体、操控台、电源柜、脐带缆4大部分构成。控制台与本体之间采用光纤通信;本体采用封闭式流线型设计,配备4台轴流推进器、1台自动对焦的半球云台高清摄像机、2个大功率水下照明灯。水下观察型ROV鼓大作业水深300m,最大运动半径     

自主式水下机器人控制系统及声呐目标识别

[目的]为满足水下搜救、勘探、目标检测与跟踪等需求,[方法]针对研制的"探海I型"自主式水下机器人(AUV),利用其搭载的前视声呐开展目标识别试验,选取获取的运动目标图像中的典型帧进行目标检测和识别研究。阐述"探海I型"AUV的系统组成与工作原理。提出一种控制系统架构:以笔记本电脑配合水面控制箱为水面控制单元;以PC104工控板作为自动驾驶仪的主控单元;同时配备摄像头PC104板卡单独进行摄像头图像处理。采用三帧差分法检测声呐目标,并基于Hough变换的快速椭圆检测算法提取目标特征。[结果]湖上试验表明:研制的AUV运行可靠、正常,可满足水下工作的需求,声呐目标识别效果较好。[结论]该AUV控制系统架构和目标识别方法对于中、大型AUV的研制及视频、红外等其他领域的目标识别具有借鉴意义。     

推力受限的ROV预设性能精准跟踪控制北大核心CSCD

[目的]针对有缆水下机器人(ROV)推进器推力/力矩受限的现实情况,研究面向三维轨迹跟踪的预设性能精准控制问题,同时考虑系统不确定性、水下环境干扰等未知因素,提出基于有限时间扩张状态观测器和预设性能变换的精准跟踪控制方案,确保轨迹跟踪误差快速镇定。[方法]首先,针对推进器饱和约束,设计补偿系统消除输入饱和限制;其次,设计有限时间扩张状态观测器,对外界扰动和未知系统动态进行集总观测和补偿;进而,基于预设性能函数和误差转换函数,将受预设性能限制的跟踪误差转换成非受限的跟踪误差并构造积分滑动模态,采用快速幂次趋近律和边界层减缓执行器抖振;最后,采用Lyapunov理论证明所提出算法的整体稳定性。[结果]仿真结果验证了所设计控制方法的有效性和优越性。[结论]该控制方案可为解决集总扰动下推力受限的ROV轨迹跟踪预设性能精准控制问题提供一种新的解决方案。     

有缆遥控水下机器人的研究与发展趋势

有缆遥控水下机器人(ROV)是探索和开发海洋的重要装备。ROV的研发,使人类能够对深海及危险水域进行探索,也因此促进了相关产业的发展。目前,欧美等发达国家掌握着这一研究领域的关键技术,开发的产品主要有观察型、作业型两类。水下机器人技术正在日趋成熟,其能力变得越来越强,应用范围也更广泛。近年来,国内相关企业及高校也投入研究力量,着力进行技术和产品研发,开发的多系列ROV主要用于海洋油气开发、水下探测等领域。随着国内对ROV关键技术的突破,制约其产业化发展的瓶颈必将被突破。未来,ROV的研发在高性能、大深度、专业化、智能化等方面将取得突破性进展,在探索海洋、开发海洋中将发挥更大的作用。     

水下结构检测与作业型ROV(一)

<正>水下结构检测与作业型ROV由本体、操控台、电源柜、脐带缆及缆车等4大部分构成。控制台与本体之间采用光纤通信。本体为开架式设计,配备5台轴流推进器、1台自动对焦高清半球云台摄像机、2个大功率水下照明灯、1个直臂式作业机械手,可根据需要配置声呐、搭载其他仪器设备。ROV最大作业水深300 m,最大运动距离400 m,具有浮游和爬行两种可互相切换的模态,适用于水下地形地貌观察、水中环境监视、船体观察、船底检测等作业。     

基于PROE的ROV总体平衡设计

ROV是重要的水下作业平台,PROE是机械行业中应用十分广泛的三维设计软件。本文以某水下ROV为例,应用PROE进行水下机器人三维设计,利用PROE得到ROV总体平衡计算所需的数据,完成ROV的总体布置,建立ROV的三维模型。研究结果表明,将PROE软件引入到水下机器人的设计中,不仅可以建立直观的三维模型,还可以提供较为准确的数据资料,提高设计效率。     

江蘇科技大學海洋装备研究院水下结构检测与作业型ROV(一)

正水下结构检测与作业型ROV由本体、操控台、电源柜、脐带缆及缆车等4大部分构成。控制台与本体之间采用光纤通信。本体为开架式设计,配备5台轴流推进器、1台自动对焦高清半球云台摄像机、2个大功率水下照明灯、1个直臂式作业机械手,可根据需要配置声呐、搭载其他仪器设备。ROV最大作业水深300 m,最大运动距离400 m,具有浮游和爬行两种可互相切换的模态,适用于水下地形地貌观察、水中环境监视、     

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。     

一种模态切换水下机器人设计与模型实验研究

针对现有水下机器人模态(航态)单一的不足,完成了一种新型开架式模态切换水下机器人(MC-ROV)的总体设计方案,提出了ROV浮游与爬行模态切换方法,可实现浮游与爬行清污作业的自由切换,完成了ROV样机的装配,并进行了陆上系统测试、水密性测试、整体平衡实验。在此基础上开展了下水试航实验,实现了视频捕获、直航、回转、潜浮等功能,完成了推进系统的推力测试,测试数据为进一步开展MC-ROV操控性能的研究提供了理论参考和试验数据。