全驱动自主水下机器人回收路径跟踪模糊滑模控制

为满足全驱动自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)的水下搜救、回收和海底地貌成像等实际任务的需求,对全驱动AUV路径跟踪控制应用方法进行研究。阐述“探海Ⅱ型”全驱动AUV回收系统的组成,建立该AUV的水平面和垂直面数学模型,设计一种模糊滑模路径跟踪控制器,并对其进行仿真和湖试试验。结果表明：该AUV运行可靠,能较好地完成回收路径跟踪任务,满足水下实际任务需求;研究的AUV路径跟踪控制器对全驱动型AUV及其他领域的路径跟踪控制具有借鉴意义。     

基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法

水下连接器的对接作业是水下工程作业的重要环节,针对目前依靠摄像机传回视频进行作业过程中存在的操作难度大、依赖操作员经验的问题,设计基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法。该方法首先根据水下连接器的颜色特征确定检测范围,之后在检测范围中以水下连接器为模板进行初步定位,然后根据水下连接器端面的成像特点检测椭圆特征,并进行双目匹配获得相关三维点坐标,最后计算得出水下连接器的位姿。实验表明,该方法位置测量平均误差1.3%,姿态测量平均误差3.5°,可以较好地为水下连接器对接作业提供参考。     

基于单目直接法的水下视觉惯性里程计方法

为将视觉惯性里程计(VIO)有效地应用到水下场景中,提出一种适用于自主水下机器人(AUV)执行近距离作业任务时的水下VIO.针对水下环境中缺乏角点以及存在大量重复特征的特点,该系统在视觉部分使用了基于直接法的数据关联方式,在特征点提取过程中将像素点的梯度模作为特征提取的标准;为保证提取出足够多且有效的特征点,采用动态调...     

自主式水下机器人水下对接技术综述

  目的  为满足全驱动型自主式水下机器人（AUV）水下搜救、回收及海底地貌成像等实际任务需求,研究全驱动型AUV三维路径跟踪控制应用的方法。  方法  阐述自主研发的\     

自主水下航行器发展概述

自主水下航行器（AUVs）因其应用于海洋勘探而逐渐成为一个有趣的研究对象。波浪滑翔机是一种行驶于波浪表面的无人滑行器（SUV）,它借助海洋能来推动自己,这对于典型的AUVs所采用的电机供能以及昂贵的锚链系统浮标供
　　能来说,是一种技术上的重大跨越。该文讨论了最有效率的AUVs类型。第一部分为每一种类型的发展历程,第二部分为它们各自的技术特点。此外,波浪滑翔机作为应用于海洋部门的一种新型水下机器人,文中简要地给出它的过去,现在以及未来的发展概述。研究波浪滑翔机的意义在于证明它的效率以及实用性,进而取代诸多的AUVs来实现各种实际应用。而研究结果也表明波浪滑翔机确实可以应用于众多领域。对于海洋检测而言,相比于其他AUVs,波浪滑翔机提供了更廉价,更经济,更环保的作业模式,同时也不需要缆绳、船舶等海上作业服务。     

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。     

用于目标检测和精确定位的水下机器人视觉系统

基于目标检测和精确定位的ＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）视觉系统是水下智能机器人感知水下环境信息、进行自主作业的关键技术。本文着重介绍了视觉系统的工作原理、模块结构、特征提取和目标检测与定位算法。最后给出了仿真试验结果,以说明系统工作的有效性和实用性。     

自主式水下机器人控制技术研究综述

自主对接是无人水下航行器（UUV）协同作业的关键,但受复杂环境和对象特性的影响,精准引导与对接难度很大。为了提高水下对接的准确性和鲁棒性,设计一种基于视觉引导的对接方案,并针对视觉解算和三维轨迹跟踪控制技术开展研究。

首先,结合任务和对象特性分析,设计基于视觉引导的总体对接方案。其次,设计YOLOv5神经网络完成水下对接站的目标检测,并基于EPnP算法实现对接站与UUV之间相对位姿关系的在线测量。接着,结合视觉解算结果,基于三维LOS制导、径向基函数神经网络（RBFNN）、终端滑模控制（TSMC）和李雅普诺夫理论,设计一种高效的三维鲁棒轨迹跟踪控制器。最后,通过数值仿真和水池试验验证该设计方案的有效性。

在水池试验中,视觉引导控制算法能够有效完成水下对接站的在线检测与相对定位,实现UUV的精准水下对接。

研究表明,所提出的视觉引导三维轨迹跟踪控制方案合理、高效,可为UUV水下对接奠定基础。

     

一种隧洞探测型自主式水下机器人及其图像拼接方法

针对采用自主式水下机器人(AUV)巡检和拍摄输水隧洞中的裂缝时水下环境会极大地限制光视觉图像的可视范围和分辨率,单幅水下图像获得的视角范围有限的问题,提出一种基于加速稳健特征(SURF)算法的AUV水下图像拼接方法。在图像预处理阶段对水下图像进行去畸变和限制对比度自适应直方图均衡化处理,用于解决水下图像存在的畸变、对比度低和噪声严重等问题。将SURF特征点检测算法应用到水下图像配准中,并与RANSAC算法相结合,对特征点进行精确匹配。应用线性渐变融合算法实现水下图像融合,有效去除拼接缝隙,完成水下图像拼接,最终通过水池和外场试验拼接图像验证所提方法的正确性。     

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。     

极地自主水下机器人研究现状和关键技术

极地自主式水下机器人是进行极地科学考察和相关研究的主要装备。本文首先介绍了目前国内外极地自主水下机器人的研究现状。然后,针对极地高纬度、大范围冰盖、极低温、复杂水声环境等主要特点,总结了布放回收、水声通信、导航定位、电池低温放电和总体设计等主要关键技术。最后,提出我国发展极地自主水下机器人的方向。     

自主式水下机器人最优路径规划问题的研究

路径规划是水下机器人实现自主航行的重要环节。根据自主式水下机器人的动力学性质，路径规划的特点以及实现智能行为的要求，采用基于案例的遗传算法，实现了自主式水下机器人最优路径规划。给出该方案的基本框架和算法，在基于案例类比的学习方法中引入模糊多属性综合决策的方法建立决策算子进行案例的匹配，在遗传算法中实际知识的指导，适当地改进遗传算子，加快搜索速度。仿真结果证明该路径规划方法能够取得较好的规划结果，使自主式水下机器人具有了一定的自主导航，自主避障和自主作业的能力。     

自主式水下航行器——Hugin 3000 AUV

Hugin 3000是一个承载高分辨率传感器的自主式水下航行器。该自主式水下航行器采用人工监控或自主运行模式进行深度3000m的水下作业。高速和长续航力的性能已获得验证并且突破性技术的效率极高。     

基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法研究

针对无人水下航行器作业环境的特殊性以及任务需求,为提高光视觉的定位精度,提出了一种基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法。该方法根据摄像机成像的特点,利用测距声纳与摄像机的几何关系设计水下目标定位算法。本文针对规则的水下目标进行定位算法设计,然后通过对水池试验采集的图像中的目标进行定位验证以及误差分析,证明了该定位系统具有较高的定位精度,满足水下作业的需求。     

卡尔曼滤波算法在自主式水下机器人超短基线定位中的应用

近年来,海洋开发进程不断深入,水下机器人在海洋探测、海上救助等领域发挥着越来越重要的作用。基于超短基线的声波探测定位技术是采集和传递信息的最有效手段,是解决水下机器人定位精度的有效途径。本文研究基于超短基线定位的原理,分析产生定位误差的原因,利用卡尔曼滤波算法提高水下机器人的定位精度。     

水下直升机运动稳定性分析

文章分析一种新型超机动飞碟形的自主式潜水器—水下直升机的运动稳定性,以实现其在海底复杂的作业任务。采用AYASYS-CFX计算流体力学的仿真模拟技术,分析飞碟形的水下直升机在水平面的机动性和垂直面的运动稳定性等水动力关键技术问题。采用多种数值水池模拟的方法,包括直(斜)航运动和圆池旋臂运动等模拟方法,以计算水下直升机的水动力的稳定性导数、水动力(矩)、随攻角变化的压力中心和阻升比等。在设计航速1 kn的情况下,采用Routh线性水动力导数组成的运动稳定性数学模型,分析其水平及垂直面上的运动稳定性。计算结果说明,水下直升机在水平面上回转运动具有战术直径接近零的超机动能力,同时,在垂直面上具有优于传统鱼雷形潜水器的运动稳定性。     

基于ARM与单目立体的自主水下机器人导向结构优化

传统的自主水下机器人导向结构防腐性能差,运行角速度低。针对上述问题,基于ARM与单目立体对自主水下机器人导向结构进行优化,密封水下机器人的各个主要部件,通过外包角皮管密封连接线连接部件与部件,设定导向结构、混合样条曲线的边界、获得形体曲面、确定三维实体来实现结构优化,引入机械装置优化导向结构。实验结果表明,基于ARM与单目立体的自主水下机器人导向结构优化方法能够很好地提高水下机器人的运行角速度,增强防腐能力。本研究对于确保自主水下机器人在水下正常运行有积极促进作用。