面向水下目标探测的海洋机器人追踪控制策略

随着科技不断发展以及陆上资源匮乏,水下机器人已经成为开发海洋战略的重要工具,而深化机器人的追踪控制成为项目开发的难点和重点。因此,本文构建了机器人追踪控制系统的模块功能模组,并结合数学原理进行了模拟仿真。结果表明,基于水下机器人追踪的优化控制策略具有较好的应用效果,其控制误差数值较低,速度以及位置误差都在可控范围内。结论表明,基于水下目标探测的海洋机器人追踪控制策略能够快速改进与调整机器人的运行,保证运行稳定性。

基于仿生水母的水下机器人结构设计与试验研究

针对水下探测机器人隐蔽性好的需求,设计了一种仿生水母机器人。首先,进行了水母机器人的仿生设计,通过生物特征提取及功能耦合确定了机器人的功能设计要求,基于机构原理图,进行了三维模型设计;其次,对多杆推进机构进行了运动学求解,获得了两个闭环求解方程,并以此为依据,给定了一个尺寸设计案例;然后,采用ANSYS软件对设计案例进行了刚柔耦合分析和模态分析,对关键结构的强度和刚度进行了验证,获得了结构的低阶模态频率及振型,并为声学驱鱼装置的选择提供了依据;最后,根据设计模型制作了实物样机并进行了水下调试,获得了试验参数并验证了机器人的功能。研究结果表明:多杆推进机构在运动过程中最大等效应力约为4.92 MPa,最大变形量约为3.89 mm,该结构满足强度和刚度要求;通过实物样机制作与试验,实现了仿生水母机器人的水下游动和转向等功能,初步验证了方案的可行性;机器人在主驱动电机初设转速的驱动下,直线运动速度约为58.3 mm/s,转向速度约为22.5°/s。

基于视觉的水下机器人自主巡航技术

水下机器人已有近70年的历史,目前广泛应用于水下作业、水下探测和水下科研等领域。目前,为在海水的特殊环境条件下实现自主水下机器人(AUV)的探测与作业工作,水下机器人自主巡航技术成为了海洋科学研究领域的一个热点问题。随着人类对海洋资源的需求不断增加,水下机器人在海洋工程和海洋资源开发等领域中的应用技术不断被人们关注和研究。国内外有很多学者研发了用于水下勘探的无人水下机器人,全球首台AUV诞生于美国华盛顿大学。

基于 DLBSOM 的水下机器人集群任务分配与路径规划

为保证多自主水下机器人(Multiple Autonomous Underwater Vehicle,MAUV)在多目标冲突条件下执行探测任务,提出一种双层生物自组织映射(Double Layer Bio-inspired Self-Organism Map,DLBSOM)算法完成自适应正向-反向初始任务分配。针对受洋流和单体AUV有限能耗影响的MAUV探测任务容易出现的无效任务分配问题,引入一种带有能量激活函数的任务重分配策略来优化任务。建立任务紧迫性生物启发神经网络(Task Urgency Bio-inspired Neural Network,TUBNN)模型描述受洋流影响的水下环境,引入基于模糊互补判断矩阵的距离和供能强度因子,以说明洋流和任务重分配轨迹距离的相互影响。当AUV进入以目标为中心的预警范围时,通过调整AUV的速度实现对目标的精细探测。结合AUV转弯半径数据和非线性运动学方程,对路径进行平滑处理,使其符合水下机器人的运动学约束。最终通过仿真试验验证该方法的可行性和有效性。

基于DSP的水下机器人探测与搜索系统设计

提出了一种水下机器人的探测与搜索系统设计方案。水下机器人是信息时代的产物,集成各种高科技设备于一身,各种功能和指标一一俱全,是对水底信息与资源开发技术掌握高低的体现。它除了拥有水下机器人载体的各种控制系统、能源动力装置、图像数据显示设备等仪器外,还需根据不同环境的应用方式和目的的不同,配备电、光、声等不同种类的传感器件。如此机器人便可以成为人类对未知水域水体信息探索的新型媒介,帮助人类进行水下信息探索、样本采样、资源开发和搭建水下实验平台。为了满足多元化的不同需求,系统在运行时具有容错性和实时性,能够及时进行反应,以便能够全方面进行分析以提高信息的准确度。

水下机器人在水利工程隐患探测中的应用

水利工程的水下结构检查一直是日常检查工作中的一个难题,本文采用水下机器人对水下结构进行检测。本文结合水下机器人在实际工程中的应用情况和工作体会,分析了水下机器人检测的优势和缺点,并针对缺点提出改进的方法:以水下机器人为载体,搭载一种或多种检测设备进行水下结构检测。这种方式不仅扩大了水下机器人的应用范围,同时也提高了工作效率,为水下机器人的进一步应用提供参考。

基于传感探测系统的多自治水下机器人编队协调控制

针对自治水下机器人(AUV)编队协调控制问题,研究了基于传感探测系统的主从式编队协调控制方法.该方法能够避免AUV编队之间依靠水声通信而造成的通信延迟和数据丢失的问题,提高编队控制的可靠性以及生存能力.首先根据领航者位置信息和期望的编队队形得到跟随者的参考路径,跟随者可以实时测得领航者的距离和航向信息并与参考路径相对比.其次为了使跟随者轨迹在短时间内收敛于参考路径从而得到期望的队形,利用Lyapunov函数设计了反演控制器.最后对设计进行了编队控制的仿真.结果表明,AUV编队队形保持良好,所采用的方法具有很好的可行性.

多功能水下智能检查机器人通过鉴定

中科院光电技术研究所最新研制了一种多功能水下智能检查机器人，经相关专家鉴定认为，该机器人在水下动密封技术、水下姿态检测、多传感器信息融合、图像识别、水下测量等关键技术上达到了国内领先水平，成功填补了国内核电智能机器人的空白。

国内首台多功能水下检查机器人问世

不久前，中国科学院光电技术研究所（以下简称“光电所”）成功研制出国内首台多功能水下智能检查机器人。该机器人是在中科院“西部之光”资金及相关专项资金的大力支持下，由光电所科研团队历时两年完成。

基于水下机器人的海底视频图像拼接技术探讨

运用水下机器人(ROV、AUV)配备的高清数码相机拍摄深海底的视频图像(视频、照片)有其自身的特点,如获取难度较高、覆盖面积小、光照不均匀、特征点少、数据量大等。为了获取整体大范围的海底影像,使海洋科研人员更直观、全面地认识海底微地形地貌,对其底质状况进行分析,以更详细地了解海洋底栖生物的生态环境,需要对这些拍摄的海底视频图像进行拼接处理。本文提出一种基于水下机器人的视频图像拼接流程和处理方法,首先对水下机器人拍摄的海底视频数据进行关键帧提取,得到带时间戳的序列图像;然后导入姿态数据中的偏航角对序列图像进行方位角恢复;最后基于定位数据批量地对经过方位角处理后的序列图像进行拼接和融合匀色,最终获得拍摄范围内的海底全景拼接图像。基于本文提出的图像拼接方法,对某科考航次中获取的视频图像进行拼接处理实验,取得了较好的拼接效果,验证了本文提出的方法的可行性。

多功能水下机器人进行首次现场海域试验

浙江省舟山市供电公司海洋输电技术研究中心联合北京国网富达科技发展有限责任公司研制的多功能水下机器人（ROV）系统在海缆基地码头进行了首次现场海域试验，试验结果基本达到预期目标。此次试验开展了ROV系统收放、水面航行、水下调试、海底观察、水下定高定向航行、水下定位、海缆路由探测等项目，检验了ROV系统的各项功能，为其正式应用提供了技术准备。

水下探测机器人控制系统设计

为探测开发海洋资源、治理海洋环境、探索海底秘密,本文基于水下机器人平台,设计具有遥控远程遥控功能的水下探测机器人控制系统,该系统可以实现机器人数据采集、数据实时回传、并可以通过上位机机器人进行远程控制,有效提高水下机器人的生存能力。

面向海底光学探测使命的自治水下机器人水平路径跟随控制

针对利用光学探测设备对海底目标探测与搜索的使命,自治水下机器人(AUV)需具备更精确的航行控制性能,为此提出一种不依赖模型的改进型PID控制算法,通过对增设的左右水平推进器进行控制,以实现AUV低速时水平面的精确航行。将整个控制器分为两层:内层为偏航距离PID控制器,将输出量转化为所需偏转角;外层为航向PID控制器,将内层计算结果转化为航向偏差,对其进行PID计算,输出为偏转所需推力和推力矩值。通过对设定探测路线进行路径跟随,以反映水平面航行控制精度。通过湖上试验,得出精确的路径跟随航迹,实现了航向角偏差均值为0.09°、航向距离偏差均方差为0.29 m的航行稳定控制,验证了该控制方法的可行性。

水下机器人覆盖式作业区探测方法

对水下机器人作业区探测这一特定问题进行了理论分析,针对目前覆盖式路径规划方法存在的不足,提出适用于本文任务要求的水下机器人覆盖式作业区探测方法,设计了基于模糊控制规则的水下机器人作业区探测策略.该方法不需环境模型,解决了传统的覆盖式路径规划方法不能用于未知环境的局限性.仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性.

基于自适应阈值的自主水下机器人温跃层探测方法研究

海洋温跃层是一种重要的海洋现象。基于自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV),提出了一种梯度阈值可调的温跃层探测方法,其阈值可根据海洋温跃层分布特性自适应修改,同时针对AUV温跃层探测中水体分层厚度选取的问题,提出了一种根据温度梯度峰值点个数自主确定其大小方法,可实现AUV完全自主探测温跃层。根据AUV外场实验数据,同峰值法、平均梯度法以及最优分割法进行了比较分析,结果表明此方法简单、有效。

水下探测搜救机器人设计与实现

针对水下探测可能对潜水员造成伤害的问题,设计了水下探测搜救机器人。采用STM32处理器实时采集摄像头数据,通过WiFi模块和“5 dB增益天线”实时将图像数据发送给远程终端,实现环境探测功能;通过对图像数据进行处理控制自升压大功率双电机驱动电路工作,实现避障功能;通过采集光敏电阻数据,控制探照灯工作,实现照明功能;通过对无线遥控模块设计“收发时间交错规则”优化无线通信算法,实现全双工可靠无线遥控功能;最后,通过实验验证方案的有效性和可靠性。实验结果表明,水下探测搜救机器人图像传输稳定清晰无掉帧,水深5 m处无线遥控无障碍通信距离最远可达5 m,丢包率降为5%。

自主式水下机器人的光视觉管道探测跟踪系统

研究了自主式水下机器人(AUV)利用单目光视觉系统对水下管道的检测跟踪问题,对实现该方法的各个过程从硬件组成和软件体系结构两方面进行了阐述,从而完成了一整套水下光视觉系统的软、硬件设计.分析了水下管道图像的特点,结合该特点阐述了图像预处理过程,提出了一种改进的Hough变换方法,改善了管道边界的提取效果.同时采用管道参考区域预测方法,提高了管道的检测率以及实时性,并利用水池试验对系统的可行性和有效性进行了验证.

小型水下机器人ROV应用研究

文章首先介绍了小型ROV的基本构造和国内外的最新研究成果,在此基础上,完成了一款小型ROV的选型与配置,根据实际需求选择了加拿大Sharkmarine公司的Stealth2型ROV,并配备了高性能的光学和声学成像系统以及高精度的惯性导航定位系统;然后从海洋环境观测、海底管道探测和水下目标物探测3个方面对水下机器人的应用进行了分析;最后在小型ROV的选型、配置和应用等方面给出了相关建议。

美军即将用水下机器人探测鱼雷

在美国海军研究办公室（ONR）和麻省理工学院（MIT）合作下，潜水员很快将会被自动机器人取代，来探查船体外壳上的鱼雷方面。