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。

堤坝检测水下机器人运动控制系统的研究

堤坝检测水下机器人是为查找江、河、湖、海中各种堤坝的裂缝、破损等质量问题而设计的开架式水下机器人.文中介绍了堤坝检测水下机器人的运动控制系统,详细讨论了自动扫坝控制过程的运动控制算法和基于船位推算的导航方法.在综合考虑垂向和纵向自由度的运动能力的基础上,利用S面控制算法设计了运动控制器,使得水下机器人能够在垂向和纵向运动上取得协调,从而跟踪指定的路径.采用强跟踪卡尔曼滤波进行船位推算,解决了系统的导航问题.最后通过外场试验验证了整个运动控制系统的可行性和可靠性.

基于短基线的ROV实时高精度定位系统

为了满足水下探测机器人(ROV)的工作需要,实现其在堤坝、码头及港口等复杂环境的高精度定位,设计并且实现了一种基于短基线的高精度ROV定位系统。该定位系统采用高频宽带调频信号和先进的自动校阵技术来提高定位精度,运用高速处理芯片实时显示定位信息。水池及外场海试等工程实验表明,该系统具有精度高和适应性强的特点,证明该系统技术路线可行且性能可靠。