AUV水下对接的发展与应用现状

为了更好地了解AUV水下对接技术,本文对AUV水下对接技术的现状进行梳理,介绍各个国家对于AUV水下对接系统的研究成果。同时,为进一步阐明AUV水下对接系统的结构,按照自动化实现难度对国内外的AUV水下对接系统进行归类总结。根据整个对接过程中使用的传感器、水下环境和需要的定位信息等因素,对国内外AUV水下对接系统的对接阶段进行划分,并分别讨论各个阶段所需要的导航传感器和定位信息。对于对接精度问题,从对接干扰、对接失误等方面阐述了AUV水下对接时存在的问题和解决方案,并归纳对接控制策略。最后结合AUV对接技术的最新成果,从多个方向探讨了其发展趋势。     

艇体及对接装置的仿真数学模型研究

海军作为我国国防的重要组成部分,潜艇是海军的重要作战力量,有着不可替代的作用。但是,由于潜艇长期在水下作业,工作环境危险,导致事故频频发生。采用潜艇救生,整艇上浮难度较大,很难实现。各国普遍采用潜水深度可达1 000 m以上的救生艇救护,"对口干救法"作为一种有效的深潜救生艇救生方法,因其救援时间短,效率高而被广泛采用。对口技术的研究将为我国研制深海水下救援装置及救援技术提供理论依据以及技术支持打下基础,为了更好的研究对口技术,本文建立了艇体及对接装置的数学模型,对艇体的对接过程进行分析与仿真,根据仿真结果对艇体及对接装置提出优化与改进的方案与建议,为将来研发对接装置与对接技术打下基础。     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器（AUV）在水下自主回收和对接的问题,基于惯导（INS）、声学超短基线定位（USBL）、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法。[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度。分别以INS和USBL及光学探测信号作为子滤波器的输入信息,结合AUV水下回收对接过程中的5个阶段分别建立运动方程,最终得到适用于移动平台搭载的AUV水下对接引导系统的多源数据融合导航算法。[结果]仿真结果表明,所提方法具有可行性、系统鲁棒性和控制精度,[结论]可满足母艇水下回收作业对接的工程要求,以及作为AUV水下自主回收操作的技术参考。     

AUV水下对接控制方法

针对AUV水下对接系统的需求,研究了AUV对接航行中的控制方法。将导引和控制过程分为追踪回归和直线对接2个阶段。通过仿真计算研究,验证了控制策略和算法的可行性。     

水下抢修作业船并联对接装置方案研究

本文介绍了一种用于水下抢修的新型对接装置方案的基本功能和工作原理，并提出了机械本体和控制系统的设计方案，给出了装置的力学模型，为下步工程样机的研制打下基础。     

AUV水下对接装置的实现及试验

为实现自主式水下机器人(AUV)在水下进行能源补充,设计一种针对重型AUV的水下对接装置,采用直接接触充电方式,通过液压系统驱动首部推行机构、限位夹紧机构和水下插拔机构完成对接动作,模块程度高、充电效率高、数据传输能力强。其中AUV自身携带三角槽,通过定位销对三角槽的切向力以及轴向限位实现AUV六自由度姿态的校正,简单有效,而且降低了AUV入坞时的姿态要求。水池试验结果表明,该对接装置可稳定有效地调整AUV姿态,实现水下有线大功率充电,对接成功率高,工程应用价值高。     

水下机器人动态对接中的碰撞与稳定控制

为更好地支持多类型水下机器人（AUV）的功能协同工作,进一步提高AUV的综合作业能力,本文针对喇叭口引导式回收坞站动态入坞过程中的碰撞问题,开展水下机器人动态对接技术研究。首先进行AUV的水下受力状况和碰撞相关参数的分析,在此基础上建立AUV入坞碰撞的物理模型,结合Adams/Matlab联合仿真技术,得到碰撞过程中的最大碰撞力,提高了仿真模型的实用性。同时,为解决动态入坞碰撞过程中AUV与移动坞站姿态变化较大的问题,本文设计一套AUV动态入坞的过程控制系统。仿真实验结果可知,该控制系统能够对AUV进行实时姿态调整,实现AUV在复杂场景下的动态回收任务,减少回收对接工作所需要的时间,更好地支持AUV的水下协同工作。     

六自由度水下并联对接装置波浪力仿真

介绍了一种横置六自由度并联机构的新型水下船体对接装置，分析了在横置工作状态下机构的波浪力对装置的影响，通过数值仿真的具体实例，验证了此装置能够适用于水下对接的实际要求。     

基于神经网络的水下对接引导算法

针对水下机器人对接过程中近距离引导定位的问题,为实现准确可靠的水下对接,设计了一种基于神经网络的水下对接引导算法。算法主要分为两部分:1)检测部分,该检测算法区别于传统的图像处理,基于YOLOv3的神经网络,加入DenseNet思想,实现了一种鲁棒性强,可靠以及准确率高的目标检测算法。区分了目标物与无关背景信息,用于提供水下对接站在二维图像下的位置信息。2)位姿估计部分,用于恢复水下机器人与中继器之间的相对位置信息,从而能够根据相对位置信息,完成近距离的水下对接引导。经过实验对比分析,验证了算法的可行性,并证明了改进的目标检测算法能够更精确地完成对中继器的位置检测,提高了对位姿估计的准确率。     

基于单双目切换的自主式水下机器人视觉定位方法

为了解决以双目视觉为主导的自主式水下机器人（AUV）对接回收过程中出现的单一摄像机遭受遮挡或因水下环境特殊而发生故障的问题，提出一种基于单双目切换的AUV视觉定位方法。该方法通过自适应阈值法区分图像中的光源与背景，通过中心加权质心检测法提取光源中心，并以光源中心点数量为判定条件选取单目或双目视觉定位，添加水体折射参数提高定位精度。试验结果显示，采用该方法的定位耗时相比以往减少约70%，定位结果输出稳定，对接精度在允许范围内。该方法在AUV回收对接过程中通过牺牲部分定位精度来提高对接的实时性和鲁棒性，保障AUV成功对接回收。     

潜器动力定位的仿生鱼尾推进控制分析

仿生鱼尾推进器是一种高效率、高机动和低噪声的新型水下推进器。以该新型推进器为研究对象,建立仿生鱼尾动力学模型和以仿鱼尾推进的潜器动力定位模型。利用仿真实验得出的数据分析仿生鱼尾摆动频率以及摆动幅度和各关节之间相位差等因素对仿生鱼尾推进性能的影响,采用PID控制算法对仿鱼尾推进的潜器在一维方向的动力定位进行仿真。仿真结果表明,仿生鱼尾推进在潜器的动力定位中可以实现初步的性能要求。     

深潜救生艇及其对接装置的现状及发展趋势

针对潜艇失事救生,介绍了潜艇失事的脱险救生方法,结合目前世界各国所拥有的深潜救生艇,分析了国内外深潜救生艇及其对接装置的研究现状及发展,总结了深潜救生艇对接装置的特点及发展趋势.     

深水钻井立管建模与角度安全控制

从水面钻井平台与水下立管联合作业的安全角度出发,提出一种将钻井立管的力学响应限制特性引入水面平台动力定位闭环控制中的位置保持方法,实现水面钻井平台（或船舶）基于立管角度响应的动态定位。利用有限元方法建立包括立管系统质量、系统刚度、结构阻尼和水动力载荷在内的立管运动控制模型。联合水面浮体和水下立管的低频运动特性建立水面浮体运动偏移与水下立管顶端角度及末端角度的相对运动关系模型。在此基础上,设计基于立管运行响应的动力定位控位方法,实现对立管顶端角度及末端角度的安全控制。仿真结果表明,所提出的方法可行,在外界突变的环境载荷瞬时作用于水面浮体时,能更快地跟踪新的期望最优位置,保证钻井立管运行在安全界限内。     

基于Lab VIEW的分体自升式平台水下对接监测系统研制

为了实现分体平台上下箱体水下高效安全对接,对分体平台水下对接监控关键技术进行分析。运用虚拟仪器技术,采用MEMS三轴加速度传感器设计对接过程监测系统。实验结果表明,该系统具有监测精度高,响应速度快,抗干扰性能强等特点,满足平台对接监控技术要求。     

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.     

水下船舶判定海面海况技术研究

通过对水下船舶的海浪观测谱分析,提出水下船舶适用的测海况模型,并对该模型进行实验验证,为该类装置的技术改进提供理论和实验支持。     

数据融合的精确极大似然配准算法在六自由度DPS中的应用

文章阐述了潜器六自由度动力定位的基本原理和多传感器数据融合的基本概念,着重研究了配准的极大似然算法ＥＭＬ,该算法通过两步递归最优化方法来实现,并采用改进的高斯－牛顿法来确保算法的快速收敛性。最后结合ＢＳＡＶ－１潜器模型水池实验的实时数据给出了仿真算例,证实了ＥＭＬ算法在实际环境中的有效性。     

基于对线控位策略的UUV回收运动控制研究

研究了水下坞舱回收UUV (Unmanned Underwater Vehicle) 过程中的运动控制问题,详细介绍了坞舱搭载回收UUV的原理,建立了UUV回收中的数学模型。提出了一种基于对线控位策略的回收方法,通过一个双参考点的定位控制来实现UUV的回收。设计了UUV回收的位置和姿态的灰色预测PID控制器,以减小UUV回收控制中的超调量和调整时间。仿真验证结果表明了对线控位策略对于坞舱回收UUV是可行的,所设计的灰色预测PID控制器可以实现UUV回收的精确控制。     

半潜式钻井平台推进器水下安装工艺研究与分析

推进器在半潜式钻井平台的定位系统中起到提供动力定位所需推力的作用。大型的推进器通常都需要进行水下安装,而水下安装推进器的风险及其大。所以,推进器的水下安装工艺显得尤为重要,既要考虑到各个厂家推进器的安装程序和技术要求,同时又要考虑安装场地的实际情况,只有将两者有机地结合起来,才能够保证在安全、快速、经济的情况下圆满完成推进器的水下安装工作。