ROV仿真平台技术研究

遥控有缆机器人(ROV)在海洋资源开发、管道/线缆铺设中发挥着重要作用,但其海洋实验成本高昂,且要求操作员具有丰富的操作经验。为辅助培训ROV操作员并提高ROV实验效率,文章设计了一种硬件在环、具有三维可视化功能的仿真平台,其既可直接与现场应用的ROV控制系统连接进行软件测试与功能验证,又可以直接用于操作员培训。该平台通过ROV物理模型和ROV数学模型等模拟实物ROV,并在虚拟视景中构建ROV运动场景、在虚拟环境中模拟ROV作业。基于ROV数学模型,其计算ROV运动数据并将运动数据信息传递到ROV三维模型进行动态显示,同时将实时运动信息反馈给ROV控制系统。结合水池实验中ROV速度随推进器转速变化的实验数据,文章对比分析了实验数据与仿真平台计算数据。结果表明,该仿真平台能有效代替实物实验并辅助ROV操作员培训,可大大节省培训与实验成本,提升ROV操作员培训效率。

基于PID的ROV运动控制仿真

针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题,建立遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,可有效地实现ROV定艏向和定深度运动控制。

多型ROV统一操控技术研究

当前操控设备通常只适用于特定型号ROV,为满足深海空间站搭载多型ROV装备统一操控的需求,在调研国外ROV操控技术发展现状的基础上对多型ROV统一操控技术进行研究,梳理ROV操控标准信息接口,完成ROV操控通用软件的架构设计,并提出设备免驱的ROV操控电气接口,可为ROV通用操控设备的研制提供参考。

深海作业重载型ROV卸扣和吊钩概述及展望

深海能源开发和利用在全球有着重要的战略意义。介绍了深海作业重载型ROV卸扣和吊钩的概述和展望,包括海洋工程装备、ROV水下机器人、ROV机械手以及与之配套的深海作业重载型ROV卸扣和吊钩等,并对ROV卸扣和吊钩的研发和未来发展趋势进行了总结与展望。

基于强化学习的小型ROV运动控制算法的研究

本文首先介绍了强化学习在无人遥控水下机器人(ROV)运动控制方面的研究现状,指出目前阻碍其进一步应用的共性难题,并对深度强化学习算法中的深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法的基本原理进行了阐述;然后针对DDPG算法应用于ROV运动控制时所存在的坏样本影响学习稳定性和缺少环境探索能力的问题,从神经网络结构和噪声引入两个方面对该算法进行了改进,提出了基于均值策略的混合式神经网络结构和引入参数空间噪声的方法;最后进行仿真实验,实验结果证明:本文改进型DDPG算法比常规的DDPG算法和传统的PID控制算法更加有效。

无人船多波束与水下机器人(ROV)在港口码头工程水下检测中的综合应用

无人船多波束测深系统具有工作效率高、作业成本低、受水下地形限制影响小、测量精度高等特点,通过无人船自主航行和多波束系统每次发射和接收几百个高程或水深数据值形成水下地形三维点云图,全面反应水下地形地貌的整体状况以及结构物的冲淤情况等状况;水下机器人(ROV)检测系统具有安全高效等特点,能够在水下进行长时间、大水深和较远距离的对水下结构物进行检测、巡查。本文综合应用无人船多波束测深系统和水下机器人(ROV)检测系统对安庆某码头工程水下结构物外观、和港池水下地形地貌、冲淤状况进行全面检测,为港口码头运营管理部门提供养护依据。

深海采矿水下巡检ROV水动力特性分析

为了高效稳定开采深海矿物资源,需要对深海采矿系统水下作业进行监测、维护。按照实际应用需要,自主研制了一款辅助海底多金属结核开采的水下巡检机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)。本文基于计算流体动力学方法,研究了ROV在进退和升沉两种主要运动模式下的阻力、表面压强及流场流线特点,同时采用滑移网格方法对螺旋桨仿真,分析了螺旋桨转动对ROV水动力性能的影响。结果表明:ROV在前进和下潜时具有较好的水动力性能,螺旋桨转动对ROV腔体内部流场及尾流区域产生梳流导流作用,减小了ROV负压区及航行阻力,后退和上升时螺旋桨转动则加剧内部流场紊乱,恶化了ROV水动力性能。

基于自适应S面算法的小型ROV艏向和深度运动控制研究

带缆遥控水下机器人(ROV)系统艏向与深度运动具有强非线性和运行环境不确定性等特点。针对ROV的运动特点,构建运动控制模型并进行化简,通过构建自适应S面控制法对艏向与深度进行控制,并利用Lyapunov的稳定性判据证明该控制法的稳定性,通过仿真验证了该控制法具有良好的稳定性和控制品质。同时,与S面控制法相比,自适应S面控制具有更好的动态性能与静态性能,调节速度快、稳定性强,能够准确控制ROV运动。

ROV永磁推进电机低速无传感器控制研究

为了提高ROV推进系统的运行性能,通常使用永磁同步电机作为推进电机。此外,无传感器的位置估计可提高推进电机的应用范围,估计结果可以代表机械传感器测量值的冗余性。论文提出高频注入算法与二阶广义积分器(SOGI)相结合。通过与转子位置直接相关的q轴电流的近似计算,准确地估计了位置和转子速度。此外,通过引入二阶广义积分器,有效地减少了估计位置的谐波。然后,在Matlab/Simulink中通过选择不同的低速实验验证来转子位置估计算法的可靠性。

深水ROV工具篮子结构设计载荷与屈服强度分析

水下机器人ROV(remote operated vehicle)工具篮子用于在陆地和深海中储存ROV安装工具,除方便ROV进行操作外,同时给ROV工具提供保护,能够很好地适应深远海环境,是水下生产系统的重要组成部件。其深海安装作业风险高、要求严,研究其安装全过程工况的强度性能对确保整个水下生产系统平稳运行具有重要作用。针对南海陵水气田使用的ROV工具篮子深海多种典型工况,计算得到设计载荷,然后对其进行有限元建模分析,计算不同载荷工况下的应力响应,对结构的屈服强度进行校核,以确保整体结构强度满足安全规范要求。计算结果表明:ROV工具篮子在多种提升工况、冲击工况以及运输工况下结构屈服强度均满足规范要求,在此基础上,指导现场使用的ROV工具篮子设计,整个海上安装及水下运行安全可靠。研究成果可为ROV工具篮子以及类似水下结构物的结构设计和深海安装提供理论基础和技术参考。

用于灯浮标链系巡检的ROV设计及性能分析

为掌握灯浮标链系的水下状态,提出一种用于灯浮标日常巡检的无人遥控水下航行器(ROV)系统设计方案,该系统主要由ROV本体、脐带缆、绕线盘及水面控制系统组成,旨在掌握灯浮锚链的水下状况,清理灯浮筒上的海洋生物污损,尽可能对掉入海中的灯器和蓄电池进行回收打捞,对沉石进行定位以辅助后续打捞。全面介绍ROV本体各模块及控制系统的设计方案,建立ROV整体模型并进行水动力分析,模拟该ROV系统在设计方向和航速下的阻力情况,为推进器选型提供依据。

故障检测与重构下基于AFTSMO的ROV三维航迹跟踪控制

针对传统的滑模观测器在缆控水下机器人(ROV)系统状态估计与故障重构过程中存在渐近收敛、无法及时准确重构故障信号的问题,提出一种基于自适应快速终端滑模观测器(adaptive fast terminal sliding mode observer)的故障检测和控制优化方法。建立带有推进器故障、未知外界干扰和模型参数不确定性等复合干扰的ROV系统故障模型;设计具有自适应特性的快速终端滑模控制器,保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛;通过等效输出误差注入法对推进器引起的故障进行估计重构。采用Lyapunov稳定性理论验证控制系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的故障检测方法能够快速检测和重构故障,保证ROV系统较高的跟踪精度,并通过实验验证了所提算法的有效性。

ROV式挖沟机挖沟施工技术介绍与难点分析

采用ROV式挖沟机对海底管缆挖沟埋设,是一种经济且高效的管缆保护方式;文中综述了ROV式挖沟机的设备性能及作业特点,详细阐述了ROV式挖沟机施工技术,同时结合工程案例分析了ROV式挖沟机在复杂水文地质条件下诸如浅水区、淤泥质海床等情况所采取的挖沟策略,通过难点分析和技术总结,可为后续类似挖沟作业提供借鉴和参考。

基于ROV平台的水下精细探测技术在水下隐蔽构筑物安全检测应用

水利工程中很多水库、堤防工程存在大量水下隐蔽构筑物,潜水员进行巡视时受作业风险等影响,较难开展定期巡视,频次难以保证,不利于水库的安全运维工作。为此提出一种基于ROV平台的水下精细探测技术,利用搭载于ROV平台上的三维图像声呐获取观测物体的三维点云数据,利用光学成像系统获取观测物体的外观情况等数据,可提供丰富的定性定量信息。某水库拦污栅检测结果表明:该方法能发现水下隐蔽构筑物的破损情况,并对各种污物进行详细描述,在数字孪生流域数据底板建设工作中具有良好的推广前景。

深海ROV压力补偿器的设计研究

压力补偿器对深海水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)的作业深度和作业性能等有重大影响。为了加强压力补偿器在深海ROV中的工程化应用,文章对ROV中压力补偿器的设计开展研究。通过分析比较不同材质、相同体积的ROV阀块与阀箱壳体重量发现,若采用不锈钢材质与钛合金材质的阀块与阀箱壳体,无需采用压力补偿器即可满足其耐压性能要求,但ROV的质量分别增加约187%和74%;而采用铝合金阀块和阀箱壳体与补偿器的融合设计的ROV,具有重量轻、结构紧凑及大水深作业的优异性能。以滚动膜片式压力补偿器的设计为例,通过分析其结构特点和静态性能指出,调节弹性元件及结构件的相关参数可确定补偿压力与海水压力的压力差,使压力补偿器的补偿压力满足使用要求;此外,依据滚动膜片式压力补偿器的油液收缩与油液膨胀原理等,给出了压力补偿器体积计算原则,指出压力和温度是影响补偿器体积选择的重要参数,依此原则设计的压力补偿器可使ROV应用于5000 m(约50 MPa)的深海而无需加装厚实的耐压结构来保护。文章最后从密封性能、结构设计及压力补偿3个方面对压力补偿器技术未来的发展进行了展望。

ROV水下吊装设备的市场需求与发展趋势分析

当今时代科学技术的日新月异有助于资源的高效充分利用,技术与设备的更新也有利于对未知领域及未知资源进行开发利用。本文探讨了ROV(Remotely Operated Vehicle)水下吊装设备的市场需求与发展情况,随着当今时代信息化技术与人工智能技术的推进,机器人设备已经获得了各个学科的关注。因此深入探讨ROV水下吊装设备的市场需求及其对相关领域发展的促进作用至关重要。本文将从设备该设备的优点来探讨其市场需求,并且从其市场需求及其本身属性出发探讨其发展趋势。本文旨在为ROV水下吊装设备的市场需求作详细分析,为该设备的广泛应用及充分利用提供科学指导。

ROV:探秘深蓝的科技使者

引言ROV(Remote Operated Vehicle)—遥控水下机器人,潜水能力、操控性能、作业功能兼备,是科技力量的结晶,也是人类探海愿望的具象。近两年,海上风电和海上钻井等能源开发行业对水下智能作业设备的需求激增,ROV配套技术和应用场景正逐渐向深海靠拢。近年,在各大博览会上,一款能以假乱真的“金龙鱼”屡屡夺人眼球,这款仿生鱼来自博雅工道(北京)机器人科技有限公司(以下简称“博雅工道”)。其实,博雅工道不仅精于水下仿生技术,还攻克了运动控制、水下通信和水下协同等多项关键技术,自主研发了多款作业级水下机器人设备,在水利水电、打捞营救、环境监测和国家安全等领域发光发热。

ROV平台全景摄像系统的研究

不同于空气成像,水下全景受水压、暗光影响比较大,需要特殊的镜头封装和聚焦型水下照明,而水下多路图像处理可以借鉴、调整已有的图像处理算法,以解决偏色、噪点等成像问题;且基于全景视频传输的热点研究,水下ROV全景摄像系统有较好的发展空间。基于对水下全景摄像技术的研究,文章首先详细介绍了水下全景摄像的生成和传输方式,并以ROV平台为载体,从相机硬件的需求分析,说明分布式、集成式两种相机布局;接着,针对获得的多路图像数据,通过图像预处理、拼接融合生成全景图像;最后,考虑水下水上的远程视频传输,介绍了全景视频基于切片流(Tile流)划分的自适应多速率传输方案。从水下全景摄像技术的发展来看,随着图像无损拼接、影像处理器计算速度更迭、图像复原、超宽带连接和全景视频传输等技术的提高,ROV平台全景摄像系统将得到广泛应用。

拖曳式ROV的结构与低阻外形设计

在深海应急搜救过程中,通常要使用深拖系统、AUV、ROV等不同功能的深海装备交替作业,在目标海域开展大范围搜探、疑似目标确认、处置作业等任务。多种深海装备同时配合使用,不仅支援保障难度大,而且装备布放回收占用大量作业时间,导致作业效率低、耗费大。针对上述问题,提出一种融合作业级ROV与深海拖曳系统功能的新型潜水器—拖曳式ROV,其具有高速拖曳和处置作业双工作模式,并可在水下按需快速切换。结构方面,通过双电机由行星齿轮差速器耦合驱动一组垂向变形机构组成变结构装置,并结合冗余设计,实现高速拖曳/处置作业模式的可靠切换;外形方面,拖曳式ROV引入了低阻线型,通过CAD参数化设计结合CFD阻力分析,获得了低阻力流线型外观。

基于实测数据回放的ROV导航定位系统研究

针对ROV对国产导航系统的需求,研发了包含导航融合终端软件及光纤罗经在内的ROV导航定位系统工程样机。该系统由嵌入式运行模式、仿真运行模式和数据分析模块三部分组成,能够完整记录ROV工作环境数据信息并进行时标化存储,生成实测数据文件,进而通过精准复现ROV工作环境数据,为ROV导航算法的调试提供便捷、一致的试验数据和高效的数据分析手段。海试验证结果表明,系统有效复现了水下试验数据,通过数据回放仿真高效完成了导航算法参数调试,对USBL噪声实现80%抑制,并能够有效应对USBL输出异常情况,可有效辅助ROV水下调查及安装等工程作业。