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.     

水下滑翔机器人水动力研究与运动分析

水下滑翔机器人是一种无外挂推进系统,仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动的新型水下机器人,主要用于长时间、大范围的海洋环境监测,因此要求其具有低阻性和高稳定性.文章主要从水动力特性出发对水下滑翔机器人进行优化设计,包括主载体线型、升降翼和稳定翼的优化等,并对水动力优化设计的结构进行了定常滑翔运动和空间螺旋回转运动分析,这将为后期的控制系统设计提供参考.     

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。     

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。     

海底电缆巡检水下机器人的模块化控制系统

为了提高海底电缆巡检水下机器人操控稳定性,进行控制系统的模块化设计,在嵌入式ARM下进行海底电缆巡检水下机器人控制系统优化设计,控制系统分为上位机模块、下位机模块、探测模块、传感信息采集模块、智能信息处理模块和通信传输模块等,将照明传感器和压力传感器置于机器人控制系统的下位机部分,进行图像和环境数据采集,对采集的海底电缆分布信息在智能信息处理模块中实现加工和判断,采用MSP430F149嵌入式控制芯片进行中央控制单元开发,上位机模块实现数据上传和远程通信,采用超低功耗16位单片机MSP430F149进行机器人控制系统的集成信息处理和控制指令传输,实现系统的硬件模块化开发。测试表明,该控制系统具有很好的水下机器人稳定性控制性能,提高对海底电缆的准确巡检能力。     

基于广义最小二乘法的ROV水下机器人模型在线参数辨识

以水下机器人俯仰操纵响应模型为研究对象,并由小型特种水下机器人实时采集纵向变电机速度、前推电机1速度、前进电机2速度、侧推电机速度和俯仰角等试验数据,通过对这些试验数据进行分析,采用基于ARX模型的广义最小二乘法对一种变桨机构的ROV水下机器人运动模型进行在线辨识建模.将水下机器人航向角实时预报结果与试验数据进行比较,结果表明,辨识得到的水下机器人运动模型具有良好的泛化性能,可为后续ROV水下机器人的航向控制器优化提供参考.     

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。     

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.     

一种新型水下平台的水平面运动控制

新型水下平台用于从水面布放设备至海底,或从海底回收至水面指定位置,其主要运动形式为垂向无动力下潜或上浮。为了克服垂向运动过程中来自水平方向洋流的扰动,需要对平台的水平位置和首向进行控制。针对平台水动力系数等模型参数难以计算,水平洋流未知、且水平推进系统布置特殊的特点,设计了不依赖于模型参数且具有全局稳定性的水平面运动控制系统,并应用Lagrange方法对推力分配进行了优化从而减小运动控制的总功耗。最后通过仿真对控制算法进行了验证。     

一种新型水下平台的水平面运动控制

新型水下平台用于从水面布放设备至海底,或从海底回收至水面指定位置,其主要运动形式为垂向无动力下潜或上浮。为了克服垂向运动过程中来自水平方向洋流的扰动,需要对平台的水平位置和首向进行控制。针对平台水动力系数等模型参数难以计算,水平洋流未知、且水平推进系统布置特殊的特点,设计了不依赖于模型参数且具有全局稳定性的水平面运动控制系统,并应用Lagrange方法对推力分配进行了优化从而减小运动控制的总功耗。最后通过仿真对控制算法进行了验证。     

基于水声通信的水下机器人协作技术研究

以水下机器人的控制与协调应用为背景,提出一种基于水声通信的水下机器人协作控制方法。本文首先对水声通信进行介绍,包括水声信道特点及调制方法,然后介绍水下机器人的协作方法,并给出水下机器人的整体设计,通信模块采用了水声通信中的OFDM技术,实验结果表明,该通信方法具有较低的误码率及较高的通信速率。     

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。     

江蘇科技大學海洋装备研究院水下结构检测与作业型ROV(二)

正水下结构检测与作业型ROV能实现以下功能:在水面控制平台的控制下在水中进行自由浮游勘察作业,能够完成升沉、进退、转艏、俯仰、横移、翻转等浮游运动,也可按规划路径运动;可通过水面监控台对水下结构物进行全方位细致的实时观察,实时捕获、传输和记录水下视频信息;爬行模式中,ROV压附于水下结构物表面运动,增加了抗流能力及作业稳定性;可利用机械手对水下结构开展作业,水下机械手具备夹持、剪切和旋转的功能,能够     

基于Matlab的AUV近水面运动模型的建立与仿真

该文运用矢量方法对自主式水下航行器(AUV)近水面的六自由度运动方程进行了推导，得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型，并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的近水面运动进行了仿真，在此基础上分析了波浪力对AUV的影响。该模型的建立和仿真为AUV近水面的稳定性分析和控制系统的设计提供了便利的工具。     

带有死区补偿的欠驱动AUV深度控制

由于舵桨联合操控的水下机器人舵机传动系统死区非线性的存在,严重影响了某水下机器人的深度控制效果。文章以该水下机器人为研究对象,同时考虑了其欠驱动的运动特性及外界有界干扰和模型参数摄动,设计了具有自适应补偿功能的PID控制器,利用Lyapunov稳定性理论,证明在该控制器作用下,该控制系统是全局稳定的。最后进行了仿真实验。实验结果表明该控制器具有很好的控制效果,是行之有效的。     

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.     

水下结构检测与作业型ROV(二)

<正>水下结构检测与作业型ROV能实现以下功能:在水面控制平台的控制下在水中进行自由浮游勘察作业,能够完成升沉、进退、转艏、俯仰、横移、翻转等浮游运动,也可按规划路径运动;可通过水面监控台对水下结构物进行全方位细致的实时观察,实时捕获、传输和记录水下视频信息;爬行模式中,ROV压附于水下结构物表面运动,增加了抗流能力及作业稳定性;可利用机械手对水下结构开展作业,水下机械手具备夹持、剪切和旋转的功能,能够完成螺旋桨解缠绕、水下取样等作业;可搭载检测仪器和清污装置代替潜水员进入水下危险环境和深水区域,对港口码头、水库大坝、船底等海洋工程水下     

水下分散自重构模块的硬件设计

水下分散自重构系统(USS)是一种链式的水下自重构机器人，目前仅包含一种自重构模块(USM—1)，由于水下环境的特殊性，该模块具有不同于陆地自重构机器人模块的特点，详细介绍USM—1的硬件设计，并通过试验检验了USM—1运动和自重构的能力。     

基于模糊控制与遗传算法的潜艇自动舵设计与实现

在潜艇六自由度模型的基础上,根据一阶二阶波浪力对于航行在近水面潜艇深度的影响,采用模糊控制技术和遗传算法设计了基于二级模糊控制的遗传算法调整控制参数的潜艇自动舵控制系统.通过在近水面和水下两种状态对控制器性能仿真与结果分析,说明该自动舵具有很好的控制效果,响应较快,静差较小,具有较强抗干扰能力,对于近水面的深度控制有稳定的控制作用.     

基于连续体模型应力评估的水下机器人刚度强化设计

为了提高水下机器人设计和制造的机械强度,提出一种基于连续体模型应力评估的水下机器人刚度强化设计方法。构造水下机器人刚度强化评估的应力学结构模型,分析机器人刚度强化加工的控制约束参量,采用连续体模型应力评估方法进行水下机器人的刚度加工机械设计的荷载力学分析,实现机器人解耦构型的机构耦合度、运动灵巧度、方位特征、构件应力以及屈服强度等参量的解耦运算,得到机器人机械结构优化构型的位置正解,通过应力评估和结构解耦性设计,提高水下机器人的水下抗载荷能力和强度。仿真结果表明,采用该方法进行水下机器人刚度强化设计,机器人的机械弹性载荷较高,水下应力载荷和抗压能力得到提升,对机器人机械设计的构型优选和加工工艺改进具有较好指导价值。