深海自主水下机器人发展及其在资源调查中的应用

自20世纪90年代以来,深海自主水下机器人技术得到了长足的发展,在深海资源调查、海洋科学研究以及海洋工程等领域得到了广泛的应用。我国的深海自主水下机器人研究与大洋矿产资源调查是同步发展的。本文简要介绍了30年来我国深海自主水下机器人的发展现状,以具有代表性的"潜龙"系列自主水下机器人研发过程为例给出了面对的技术挑战,以及在大洋矿产资源调查中的应用情况和取得的部分成果。最后,对未来深海调查装备的发展提出了若干设想和建议。

下一代海洋机器人写在人类创造下潜深度世界记录10912米50周年之际

人类探索、认识和利用海洋的活动历史很漫长,最近50年,各种海洋机器人及相关装备的助推,使这种活动达到了前所未有的高峰阶段,未来社会进步的需求和科学技术发展的牵引将会使这种活动达到新的高度.本文简要回顾了世界和我国海洋机器人的发展历史,分析了各种类型海洋机器人的现状,并对其未来作了展望.

自治水下机器人研究开发的现状和趋势

简要回顾了自治水下机器人ＡＵＶｓ研究的历史。

从有缆遥控水下机器人到自治水下机器人

文章给出了水下机器人的定义 ,依据定义进行了分类 ,简要回顾了几类重要水下机器人的进展 ,指出了无人无缆自治水下机器人 (AUVs)是当今水下机器人研究与开发的热点 ,介绍了最近 2 0年沈阳自动化研究所与国内外有关单位合作 ,在水下机器人领域从无人有缆遥控水下机器人 (ROVs)到AUVs的研究开发工作 ,它从一个侧面反映了我国在这一领域的进展情况。

机器人不是人,是机器,但须当人看

机器人的存在和发展将重塑我们的生活,为我们的家园提供难以估量的正能量,但它也引发了包括负面影响在内的新问题,这些源于机器人具有某种类似人的智能属性,本文对此进行了简单讨论,文中依据智能程度将机器人分成三类:无智能机器人、智能机器人及生物机器人,分别称1.0,2.0,和3.0机器人,重点讨论2.0机器人的技术特征并以此为基础简要讨论了人与机器人和机器人与社会的问题,指出机器人已经成为我们社会的成员,为使机器人健康发展,应该关注机器人的权利及法律地位,将制定与机器人相关的法律应提上日程。

一种先进的轻型水下机器人——金鱼Ⅲ号

本文叙及一种新的轻型水下机器人(亦称无人遥控潜水器或ROV)——金鱼Ⅱ号。概要地描述了它的主要技术特点,系统总体结构,简要工作原理,及其适用范围。文中以在丰满电站进行实际作业为例,说明了该型水下机器人的应用前景。

无线传感器网络传输调度方法综述

针对无线传感器网络的特点,给出了传输调度问题的定义和一般约束条件,归纳了无线传感器网络传输调度算法的设计原则和分类方法,分析了当前典型的各类传输调度算法的主要机制,详细比较了这些算法的特点、性能差异和应用范围。最后总结了无线传感器网络传输调度算法的研究现状,指出了研究挑战和未来的研究重点。

多UUV协作系统的研究现状与发展

介绍了多UUV(Unmanned Underwater Vehicle)协作系统的结构和特点,分析了其未来应用前景,并对国外多UUV系统的应用现状进行了综述.在此基础上,着重分析了系统涉及的导航、通信、控制和能源等技术的研究现状并展望了其未来的发展方向.

一种海底地形和海流虚拟生成方法

提出了一种用于AUV视景仿真的海洋环境中海底地形和海流的虚拟实现方法。海底地形不但考虑了离散点电子海图数据,而且也将某些特征数据考虑在内,从而生成相对精度较高的海底地形。海洋中的海流采用两个层次的方法进行模拟:建立海流数据库方法以及水动力软件计算方法。该方法的研究对于AUV自主地形导航技术以及避碰策略等研究具有极为重要的意义,并且上述方法生成的海洋环境已经在AUV数字仿真平台中得到了应用。

深水机器人低成本导航系统的位置估计方法研究

依据6000米自治水下机器人及其长基线声学定位系统现有的导航设备,将测距声信标和机器人载体携带的低成本导航传感器:涡轮式计程仪,压力传感器以及TCM2电子罗盘测量的导航数据相融合,分别提出两种基于EKF的导航数据融合算法,对机器人的位置以及水流参数进行估计,解决复杂环境下的深水机器人位置估计问题.蒙特卡洛仿真实验和湖上试验数据后处理表明,设计的位置估计算法收敛快,精度高,计算时间小,能够满足深水机器人的导航需要.

基于神经网络的自主水下机器人动态反馈控制

针对自主水下机器人数学模型的强非线性及所受海流干扰无法确定等特点,设计了基于神经网络补偿器的动态反馈控制算法。通过对自主水下机器人系统数学模型研究,将系统分解为近似线性部分与非线性不确定部分。通过动态反馈控制实现对分解出的近似线性部分进行初步控制,利用神经网络所具有的自适应控制实现对不确定模型与干扰项进行补偿控制,提高自主水下机器人运动控制的鲁棒性。通过Lyapunov稳定判据证明了此控制算法的收敛性,通过Matlab数字仿真平台验证了此算法的抗干扰能力,在自主水下机器人半物理仿真平台上分别采用所提出的控制算法与PID控制算法对自主水下机器人系统定深运动进行了控制。研究结果表明所提出的算法具有更好的动态性能与强鲁棒性。

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.

水声信号的窄带滤波研究

研究一种用于有色噪声背景下接收水声信号的窄带滤波方法。它用白化滤波器实现有色噪声的匹配滤波。该滤波电路具有优良的选频能力,抗干扰性强,功耗极低,较好地解决了水下信息传输中存在的通道之间频率间隔小、信号微弱、易受噪声干扰、用电池供电而要求工作时间长等问题。采用这种窄带滤波方法的水声接收机具有结构简单、性能稳定、对弱信号检测能力强等优点,增大了定位声纳的作用距离。

动态补偿的水下机器人路径规划

本文研究水下机器人在障碍位置未知条件下,进行路径规划的方法,使自治水下机器人以最短的行程距离,避开障碍,达到预定目标.针对变化的、复杂的海洋情况,本文采用动态与静态相结合、规划与控制相结合的手段,应用人工势场理论,引入距离误差做动态反馈补偿,实现全局规划控制.本文提出的这种适于自治水下机器人导航的动态路径规划-控制方法,可以解决障碍环境参数已知、未知的路径规划问题.仿真结果表明该方法具有较强的稳定性和适应性.

水下滑翔机器人运动机理仿真与实验

对水下滑翔机器人SEA-WING的定常滑翔运动和空间定常螺旋回转运动进行机理分析,针对其特定水动力系数进行仿真,得出其运动机理特性。在此基础上,通过湖试实验数据对仿真结果进行验证,认为对于定常滑翔运动,以约36°航迹角滑行可得到最大水平速度;在相同航迹角航行情况下,水平方向速度随净浮力的增大而增大。对于定常回转运动,回转半径由载体的质量、俯仰角、水动力参数、横滚角确定。在质量和俯仰角保持不变条件下,横滚角对回转半径的影响较明显,系统的回转半径可以通过控制横滚角来实现的。

远程自治水下机器人三维实时避障方法研究

海洋环境通常是不确定、非结构化和未知的 ,而远程AUV(LAUV)的避障声纳对环境感知有一定的局限 ,因此很难建立起精确、完整和统一的三维环境模型 .LAUV实时避障是一个实时性很强的动态过程 ,它不但与环境有关 ,而且还与LAUV的运动学约束、动力学特性和操纵性有关 .

基于超短基线/多普勒的水下机器人位置估计

为解决深海复杂环境下采用水声定位系统实现水下机器人位置控制所带来的反馈信号延迟问题 ,提出了基于 USBL/Doppler的水下机器人位置估计算法 .文中首先根据导航系统确定卡尔曼滤波器结构并建立了系统的状态方程和观测方程 ,同时 ,为了提高估计精度 ,引入自适应卡尔曼滤波理论 ,以降低系统对环境和初始噪声估计精度的敏感性 .最后通过数字仿真验证了算法的有效性 。

三维动态混合网格在AUV发射过程中的应用

为研究AUV从有界流场自航发射到无界流场的运动边界的扰流场,文章采用了三维动态混合网格方法进行数值模拟的策略。混合网格由三菱柱/四面体/六面体网格构成,当AUV运动时,靠近AUV的三菱柱网格随AUV运动,外层是静止的六面体网格,中部的四面体网格随AUV运动而变形或者重构。数值仿真结果给出了不同时刻AUV表面的压力分布、整个航程AUV的阻力系数变化,其值与理论结果吻合。同时研究了直径比对发射管航行的附加质量和阻力系数的影响,这为水下对接AUV提供了有效手段。

基于LBL声信标的AUV快速精确定位

长基线声学定位系统是水下机器人广泛应用的外部导航设备。以对"CR-02"6000m自治水下机器人(简称AUV)技术的深入开发为背景,提出在原有长基线(LBL)定位系统的基础上增加导航功能的方案。由于海水介质非均匀性与复杂的时空变化特性,给基于测距的位置计算带来很大困难。采用平均声速法计算耗时小而误差大,波阵面定位法误差小而耗时大。为解决这个矛盾,根据AUV深度传感器给出的深度信息,采用本征声线快速计算方法解算AUV的水平面位置。与波阵面法、平均声速法进行了综合比较。仿真实验表明该方法具有优良的性能,满足AUV导航需要。