水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究

目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。

水下观测信息体系发展思考

推进水下观测信息体系建设是海洋国防安全、海上维权、海洋防灾工作的迫切需求,是军民融合发展的内在要求。本文介绍了国内外水下观测信息体系发展现状及趋势,分析了我国水下观测信息体系发展过程中面临的问题,提出了水下观测信息体系发展的目标、重点工程和政策建议。

微型缆控水下观测机器人推进动力分析

文中针对一款配置4个螺旋桨且五自由度运动可控的微型缆控水下观测机器人进行了推进动力性能分析,采用流体力学方法计算了螺旋桨推力和扭矩,以及机器人的总体运动阻力和运动效率等关键动力参数。该水下机器人利用水平配置的螺旋桨推进器可实现前后移动和横向转弯,利用两个V型配置螺旋桨推进器可完成垂向、横向和横滚运动。文章首先对单个螺旋桨转速分别为3 000 rpm,4 000 rpm,5 000 rpm时进行了水动力学分析,计算了不同转速下对应的前向推力和阻力扭矩,拟合了转速-推力和转速-扭矩曲线;其次,对水下机器人整体模型在前向、横向和垂向三个方向上进行了水动力学计算,分析了机器人的整体运动阻力,拟合了机器人的速度-阻力曲线;然后,对应比较螺旋桨的转速-推力曲线和机器人的速度-阻力曲线,大致得出不同螺旋桨转速下机器人的推进速度,明确螺旋桨转速与机器人运动速度的对应关系,为螺旋桨水动力分析确定入口速度;最终,根据螺旋桨入口速度,重新计算螺旋桨水动力,绘制了转速-推力和转速-扭矩曲线,并确定机器人的推进效率,得出了螺旋桨转动和水下机器人整体运动的关键动力参数。

移动式水下观测网络的队形稳定性

移动式水下观测网络是依靠水声通讯无线链接多个观测型水下机器人的自组织网络,因而使组网机器人趋于和保持稳定的队形对移动探测任务的完成非常关键。研究了变拓扑的移动式观测网络的队形控制问题,在线性时变系统稳定性分析的基础上,提出了镇定变拓扑网络队形的分布式控制器设计方法,并通过仿真验证了此方法的可行性。

自主水下观测系统嵌入式控制器设计

针对当前自主水下观测系统控制器功耗高、集成度低、稳定性差的现状,重新设计了基于ARM构架的自主水下观测系统控制器;根据系统搭载传感器数量多及存储数据量大的特点,设计中采用以arm920T为内核的ARM微处理器,扩展了多个外设接口,并对所有来自外部开关量控制信号以及数据传输通道均进行光电隔离处理,有效抑制了信号反射及EMI现象;试验结果表明该系统硬件设计满足程序运算、数据存储和实时性的要求,达到了低功耗、高集成度、高稳定性的目的。

物联网落地水质监测 我国首个水下观测网水质监测系统发布

水下观测网系统不仅适用于水源地、河流和湖泊的监测,还适用于水域较深的海底环境的监测,具有强大的技术优势以及巨大的社会、经济和军事效益。随着移动宽带的普及和“互联网＋”政策的推进,物联网正在快速落地,并展现出了巨大的增长潜力。有市场调研机构预测,2020年全球将有500亿部物联网终端,我国的市场规模将突破100亿部。作为一项基础技术,物联网在发展过程中与各行业深度结合。

水下观测施工技术在抽水蓄能电站下水库工程中的应用

水下观测技术利用清水置换原理,实现在深水和浑水条件下对混凝土结构长时间清晰观测。一方面提高水下混凝土结构缺损检查及形体测量工作效率;另一方面提高水下混擬土新建质量水平,进而极大提高下水库工程运行的安全性和稳定性。

面向观测网络供电的水下能量捕获技术研究进展

水下立体观测网络通过实时获取水下环境、水下目标和水下活动等相关信息,为国家海洋安全、深海能源与资源开发、海洋灾害预警预报等提供重要支撑。然而,传统基于蓄电池供电的能量供给方式越来越难以满足水下观测网络长时间持续可靠工作需求。为提升水下观测网络的续航能力,基于水下能量捕获的原位供电技术受到国内外广泛关注。海流能、波浪能具有分布广、持续性强、能量密度高等优势,因此文中重点关注面向水下立体观测网络供能的海流能与波浪能捕获装置研究进展。根据能量转换方式的不同,梳理了基于电磁发电、压电、摩擦纳米发电和混合式发电的水下能量捕获技术代表性工作,对比总结了不同发电形式的优缺点。进一步展望了水下能量捕获技术发展趋势,为水下观测网络实现原位供能提供了思路。

中尺度涡观测任务中自主式水面水下航行器的进化神经网络控制器研究

针对现有观测手段难以实现中尺度涡目标性强、高机动性、高随机性以及时空同步的高精度观测这一问题,本文采用自主式水面水下航行器(ASUV)这一现场观测的新手段,通过进化神经网络控制器,实现对中尺度涡的高精度实时跟踪,从而进行水下垂直结构的采样观测。同领域内最新的控制算法相比,进化神经网络的方法对中尺度涡跟踪的精度更高,对卫星数据依赖更少。仿真实验结果表明,ASUV在整个跟踪过程中都能够达到1 km附近的跟踪精度。本文给出了中尺度涡跟踪精度的详细量化评价结果,并在仿真环境中控制ASUV对中尺度涡的水下垂直结构进行了采样,为实现中尺度涡现场三维精细化观测奠定了基础。

水下自航式海洋观测平台技术发展研究

水下自航式海洋观测平台是一种新型海洋观测平台 ,主要用于无人、大范围、长时间水下环境监测 ,包括物理学参数、海洋地质学和地球物理学参数、海洋化学参数、海洋生物学参数及海洋工程方面的现场接近观测。其特点是 :成本低 ,环境适应性强 ,可冲破人工潜水极限而进入现场进行接近观测 ,免除了 ROV需要水面支援母船的累赘 ,减少作业经费 ;体积小 ,使用方便 ,便于布放回收 ;可根据水声信号遥控或预置程序控制 ,按要求进行相关项目观测 ;有自主动力 ,水下运行时间相对较长 ,有源噪声低 ,可进行隐蔽观测。正是基于以上的优点 ,近几年颇得海洋环境监测和海军方面的青睐。本文介绍了国际上水下自动观测平台的发展历史和现状 。

移动式水下观测网络试验节点研制

研制了一种低成本的试验节点作为移动式水下观测网络(MUSN)的有效技术验证平台。以一种现有的可在水面航行的小型运载器为基础,针对MUSN节点间距较小的特点,提出了可抵偿偏差的移动定位算法,利用水声MODEM的测距信息实现节点在水下移动时较精确的定位。露天水域试验验证了该节点路径跟踪的性能,精度满足应用需要。该节点具备自主航行和节点间通信能力,可以用于MUSN协调控制技术的验证研究。

水下作业观测系统布局可视化仿真软件的研究

利用基于Windows平台的全参数化特征造型软件SolidWorks绘制水下作业平台及水下实况观测设备、水下观测目标的三维立体模型,利用Deep Exploration专业图形格式转换软件将3D模型转换成Open GL库函数可读取的数据列表格式,在OpenGL图形开发环境中进行了3D模型材质颜色设计、水下观测设备视场设计和3D场景的光照、漫游、缩放、旋转等功能设计,并在基于VC++2010的MFC软件开发平台下构建软件程序框架,设计出一套水下作业观测记录系统布局人机交互的可视化仿真软件,软件实现了布局场景显示及视角变换、设备布局调整及视场覆盖效果显示、观测目标显示及位置调整、观测设备布局效果图及安装布局参数保存等功能。

测量型水下自主航行观测平台的设计与实现

介绍了测量型水下自主航行观测平台的功能、组成和两种典型工作方式(梯形剖面测量和坐底连续测量)。针对水下自航行观测平台的特点,设计了基于CAN总线的分布式控制系统体系结构。通过海试验证了系统的可行性和可靠性。

海洋水下立体观测技术装备发展研究

建立水下立体观测网来获得科学、实时、全面的数据,是未来认识、开发、利用海洋的重要方向。本文分析了发展海洋水下立体观测技术装备的需求和必要性,对比了国内外相关装备的发展现状,进一步剖析我国领域发展面临的问题,研判作为海洋水下观测关键环节的传感器技术进展点。研究认为,我国海洋观测平台技术有了很大进步,但在海洋关键传感器、高精度传感器方面依然落后于世界先进水平;海洋观测的大数据与实际需求之间有所脱节,海洋传感器缺乏改进平台支撑。研究提出了支持海洋关键传感器研究成果高效转化、统筹管理国家海洋水下立体观测技术装备、建立海上仪器装备国家公共试验平台等对策建议,以期为相关领域中长期发展提供方向参照。

应用于自主水下航行器的高可靠性CAN总线协议研究

在研究适用于自主水下航行器的CAN总线协议中,提出一种合理可行的CAN总线协议和CAN应用层接口协议,能有效地提高自主水下航行器的数据通讯效率和长短帧数据收发的可靠性。

新型多模块水下作业机器人

海底管线是海上油气田生产设施的重要组成部分,在海洋油气工业中发挥着重要作用,必须定期或适时对其进行检测以保障其安全运营。水下机器人(ROV)以其综合优势成为进行水下结构物检测的有效载体并被广泛应用。文章介绍了利用ROV进行海底管线检测的综合作业系统,以及其他方面的检测和工作。根据实践经验,对影响作业效果的因素进行了讨论。

介绍一种水下潜望镜

本文作者设计了一种用于观察混浊水中鱼类的潜望装置。该装置用铝坠控制浮力,用防水闪光灯提高照明度以便观察。通常,人们用玻璃瓶或玻璃底的桶子来观察混浊水中的鱼类和底层无脊椎动物。但是。