小型无人有缆遥控水下机器人智能控制方法

针对深度确定性策略梯度(DDPG)算法应用于无人有缆遥控水下机器人(ROV)运动控制时存在的坏样本影响学习稳定性、缺少环境探索能力以及学习时间长难收敛等问题,从神经网络结构、噪声引入和融合监督学习3个方面对DDPG算法进行改进,并提出了基于混合神经网络结构和参数噪声的监督式DDPG算法。仿真结果表明,监督式DDPG算法比常规DDPG算法和传统比例-积分-微分(PID)算法更加有效。

双控制方式下带缆水下机器人轨迹跟踪与水动力响应分析

本文首先根据已有的脐带缆运动控制方程,通过引入与工作船和水下机器人连接点处边界条件和速度耦合关系,与水下机器人运动方程一同构成完整的水动力数学模型;其次提出收放脐带缆的前馈-反馈控制方法和调节螺旋桨转速的增量式PID(Proportion Integration Differentiation)算法,建立完整的带缆水下机器人系统水动力与控制模型;最后对所提出的模型进行数值模拟实验验证与运动控制操纵下的水动力分析。数值计算结果表明:本文所提出的带缆水下机器人系统水动力与控制模型是有效可靠的,垂向运动控制过程中,水下机器人纵摇角、横摇角和沉深的模拟值与实验值最大误差分别为2°、1°和-50 mm;对于PID算法,调节螺旋桨转速控制水下机器人对给定位置信息的跟踪响应效果,模拟值与实验值相差均不大;轨迹跟踪模拟计算沿水平(X轴)方向和竖直(Z轴)方向最大相对误差分别为10%和15%;水下机器人竖向(沿Z轴)运动主要由调节脐带缆长度的前馈-反馈策略决定,沿水平(X轴)方向的运动主要由调节螺旋桨转速的PID算法控制;机器人水动力载荷受其周围流场变化的影响,而流场的变化主要由机器人运动速度的改变和螺旋桨转速变化二者共同决定。

一种水下机器人用海洋脐带缆的研制

为了满足水下机器人与水面控制系统的电力传输、信号传输和音/视频传输等需求,文中介绍了一种水下机器人用海洋脐带缆。通过结构设计、材料选型、制造工艺、计算分析、关键参数设计和测试方法的确定,对脐带缆的机械性能、环境性能和电气性能进行实测。结果表明,脐带缆的实测值与设计要求相符,具有抗拉力强、耐海水腐蚀、耐盐雾性、防生物侵袭等特点,满足电源线与音/视频线兼容、柔软性好的要求。

基于有缆遥控水下机器人的水电站检测方法

以三明市某水电站检测为例,将ROV应用于该水电站的水下检测工作,通过定性化图像分析和评估水下结构的具体状况。结果表明:水电站的粗栅、前池、进水口检修闸门槽、尾水、大坝溢洪道泄水闸的弧门前上游及下游闸墩、溢流面混凝土等水下结构及区域基本完好。粗栅的栅叶存在一定数量的树枝及垃圾淤积物;前池底板混凝土平整;进水口检修闸门槽基本完整,拦污栅细栅等结构存在锈蚀区域及垃圾淤积物;尾水区域水下结构良好,闸门槽埋件如侧轨等均存在锈蚀区域。大坝溢洪道泄水闸的弧门前上游及下游闸墩、弧门前堰顶、弧门的溢流面混凝土结构等基本完整,局部也存在缺陷。这一实际检测工作反映了有缆遥控水下机器人的应用特点,后期着力在实践过程中完善应用技巧并扩大应用范围。

无缆自治水下机器人运动控制参数整定方法

采用目前方法对无缆自治水下机器人的运动控制参数进行整定时,没有对机器人的运动特性和控制特性进行分析,导致方法的速度控制、位置控制和导航精度较低。提出无缆自治水下机器人运动控制参数整定方法,首先对机器人在水下作业的运动过程进行了分析,根据分析结果设计PID控制器,对无缆自治水下机器人的运动进行控制,对控制结果进行分析,选取需要整定的运动控制参数。采用蚁群优化算法构建运动控制参数整定目标函数,完成无缆自治水下机器人运动控制参数的整定。仿真结果表明,所提方法的速度控制、位置控制和导航精度高。

多功能模态切换的有缆遥控水下机器人控制系统设计与实验

针对一种面向海洋工程水下结构检测与清污、多功能模态切换的新型有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)开发了一套水面水下控制系统.通过对机器人本体水下运动受力计算分析,设计出了动力推进系统,并搭建了水下控制器单元.水面控制台设计包含供电系统、操控系统、通信接口及上位机软件,可实现机器人遥控和监控2种模式下的中等范围搜索和定点观测,并可在浮游和爬行模态之间自由切换.水下机器人姿态测试、定航、定深实验表明:该ROV控制系统性能可靠,能够满足复杂多变环境中的工作要求.

带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

提出了一种新型的带缆水下机器人系统三维水动力数学模型。在该模型中脐带缆的控制方程由脐带缆任一微段中的力的平衡条件导出,在此基础上以该脐带缆的控制方程为核心,通过引入脐带缆与水下机器人连接点的边界条件而建立起整个系统的三维水动力学数学模型。数值模拟中作用在机器人主体上的水动力载荷和旋转导管螺旋桨的控制力在考虑了它们之间的相互影响基础上以计算流体力学方法求出。该模型的主要特点是克服了现有的带缆水下机器人系统水动力数学模型将系统各组成部分割裂处理、缺乏从系统整体理论框架中去观察脐带缆、水下机器人主体和螺旋桨推进器水动力特征的缺陷,从一种综合、整体的观点去观察分析带缆遥控水下机器人的动力状态。水下机器人在导管螺旋桨作用下回转运动的数值模拟结果表明,利用所建立的数学模型可以对带缆水下机器人水动力状态进行有效的数值模拟。

控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性

首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统;最后,在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.数值计算结果表明,所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制,文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应.

深耕水下机器人,助推数字海洋经济向“新”发展

舟山遨拓正进一步利用大数据、5G等技术,结合系统ROV水下检测技术、空间感知技术、数据采集分析技术和呈现技术,形成水下工程检测智能化分析服务平台水下机器人(ROV),也称无人遥控机器人,是一种作业于水下的极限作业机器人,因其可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度等复杂水域代替人工进行长时间作业,而成为海洋开发的重要智能工具,水下机器人产业集群的发展也成为数字海洋产业向“新”发力的重要抓手。

遥控水下机器人脐带缆收放绞车设计及牵引力分析

脐带缆收放技术是有缆遥控水下机器人的一项关键技术,该技术直接影响水下机器人载体的收放及作业过程中脐带缆的安全。针对目前水下机器人收放系统中脐带缆收放技术的特点,给出了一种具有自动排缆、低张力缠绕、能够提供大牵引力和安全制动功能的紧凑新式脐带缆绞车方案,并对牵引绞车与储藏绞车之间脐带缆张力与牵引绞车的牵引力进行了理论分析,给出了二者之间的关系函数。

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。

遥控水下机器人模拟训练系统的设计与实现

遥控水下机器人模拟训练系统主要用于ROV操控人员的系统培训以及模拟水下场景制定作业方案,不仅能够开展ROV常规操作训练,并构建典型训练场景,满足ROV接装后的日常培训要求,减少水下作业发生危险的可能性并大幅降低训练成本,还可借助模拟训练系统的水下场景,有针对性地开展演练,并且通过实际演练不断改善作业方案,如此可减少水下作业发生危险,提升作业效率与安全性。

有缆遥控水下机器人在水利水电工程领域的应用现状与发展前景

在简要介绍常见水下机器人的分类及其应用特点的基础上,着重阐述了有缆遥控水下机器人(ROV)在我国水电水利工程领域的典型应用场景,如水库大坝闸门的水下检测与清理、消力池的水下检测、水库大坝坝体的检测,深入剖析其强项优势与短板弱项。结合现实需求与技术发展,描绘了有缆遥控水下机器人在高度智能化、自动化的水下操作,高效率、高精度的水下定位,简洁、高效的稳定控制三个方面的发展前景。

我国自主/遥控水下机器人研究现状

随着科学技术的不断进步,我国在水下机器人领域取得长久、持续的发展,各种类型的水下机器人日益增加。其中,自主/遥控水下机器人(ARV)作为水下机器人发展过程中的一种新型混合式水下机器人应运而生,其融合了自主水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)的功能,既可以携带通信电缆,又可以自带能源,具有自主与遥控相结合的多种作业模式的特点,在最近几十年被广泛研究并取得了优异的成绩和重大的进展。重点介绍了我国自主/遥控水下机器人的研究现状和应用案例。

基于改进A^(*)算法的遥控水下机器人路径规划

针对传统的A^(*)算法在遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)路径规划过程中表现出的效率慢、规划时间长,安全性差,生成的路径不平滑的问题,提出了一种优化的A^(*)算法。首先,根据环境障碍物的比例自适应改变评价函数的权重,缩短路径规划的时间。其次,考虑到ROV的自身体积,在部分路径存在安全性问题,对该部分路径处的障碍物进行膨胀处理,保证路径的安全性和可行性。最后,通过3次均匀B样条曲线的方式消除不必要的拐点,同时使拐点处的转动更加平缓,提高路径的平滑度,更加符合ROV的运动特性。仿真结果表明,改进后的算法较传统A^(*)算法搜索速度平均增快了53%,路径更加平缓,安全性也更高,更贴合ROV的实际运动。

遥控水下机器人用高压直流变换系统及其控制策略

作业级水下机器人要求供电装置功率密度大、效率高且冗余。对此,文章设计了一种多变换器并联冗余运行的高压直流变换系统,用于遥控水下机器人(ROV)的电能变换和供给;在分析多电平飞跨电容Buck变换器拓扑结构的基础上,提出了一种集成变换器内多器件串联均压控制和多变换器间并联均流控制功能的高压直流变换系统控制方法,并进行了实验验证。结果表明,文中所设计的高压直流变换系统及其控制策略可靠、有效,变换器内各飞跨电容器电压维持稳定,电压偏差小于10%;多变换器的输出电流不平衡度小于5%,并具有较快的动态响应,可广泛应用于具有高可靠性要求的深海领域设备,如水下机器人。

遥控水下机器人模型辨识及预测控制算法研究

针对遥控水下机器人(remotely operatedvehicle,ROV)因非对称结构布局、重心和浮心位置变化等因素造成的运动状态耦合和模型非线性问题,文章提出了一种考虑ROV典型非线性特性的在线模型辨识方法,研究并推导了基于所辨识模型的多维预测控制(model predictive control,MPC)算法及其基于算子分割二次规划的快速优化求解方法,搭建了包含ROV非线性数学模型、模型参数辨识算法模块和MPC算法模块的算法仿真系统。通过在辨识模型中分别考虑非线性特性和不考虑非线性特性,改变ROV数学仿真模型的ROV浮心位置参数,对比仿真验证了本文模型辨识算法的有效性和先进性;在上述辨识模型的基础上,对比仿真分析了4种情况下ROV的姿态控制效果,即MPC算法依托的辨识模型是否考虑ROV典型非线性特性,以及基于直接求解MPC算法和本文所提出的基于快速优化近似求解的MPC算法,验证了本文所提控制算法的有效性。

有缆遥控水下机器人的研究与发展趋势

有缆遥控水下机器人(ROV)是探索和开发海洋的重要装备。ROV的研发,使人类能够对深海及危险水域进行探索,也因此促进了相关产业的发展。目前,欧美等发达国家掌握着这一研究领域的关键技术,开发的产品主要有观察型、作业型两类。水下机器人技术正在日趋成熟,其能力变得越来越强,应用范围也更广泛。近年来,国内相关企业及高校也投入研究力量,着力进行技术和产品研发,开发的多系列ROV主要用于海洋油气开发、水下探测等领域。随着国内对ROV关键技术的突破,制约其产业化发展的瓶颈必将被突破。未来,ROV的研发在高性能、大深度、专业化、智能化等方面将取得突破性进展,在探索海洋、开发海洋中将发挥更大的作用。

自主/遥控水下机器人研究现状

在过去的二十年中,水下机器人技术得到了快速发展,各种新型的水下机器人不断涌现。本文介绍了一种新型混合式水下机器人——自主/遥控水下机器人(ARV),ARV结合了自主水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)的特点,自带能源并携带光纤微缆,具有多种工作模式,可实现大范围的精确调查和局部区域的定点作业,文章重点介绍自主/遥控水下机器人的国内外研究现状及成功应用的案例。

遥控自治水下机器人控制系统

针对一种新型遥控自治水下机器人ARV原理样机,开发了一套水面水下控制系统,它基于Modbus总线、具有ROV/AUV控制模式自动切换和独立工作能力。该系统包括直航、转向与潜浮三自由度运动控制功能,并搭建了一套由罗盘、陀螺、倾角仪和加速度计组成的小型组合自主导航单元。水池与湖上试验结果表明:ARV控制系统性能可靠,具有很好的鲁棒性与稳定性,能够满足水下机器人在复杂多变环境中的工作要求。