基于超短基线的缆控水下机器人动力定位

动力定位 (DynamicPositioning(DP) )技术是水下机器人的关键技术之一。因此针对当前动力定位主要在缆控水下机器人 (ROV)中应用的情况 ,给出了ROV动力定位技术的实施方法。通过声学定位技术确定ROV的坐标 ,计算出与期望位姿的差 ,将其作为神经网络控制器的输入量来控制ROV ,从而进行动力定位。同时还重点研究了ROV动力定位中的主要研究内容即水声定位技术和定位控制技术的构建。

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。

ARV水下机器人水面操作控制系统设计

自治缆控水下机器人(autonomous remotely-operated vehicle,ARV)是一种全新概念的水下机器人,它既有遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)的特点,又有自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的特点。它很好地结合了两种水下机器人的优点,代表了水下机器人未来的一个重要发展方向。基于用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)、网络通信协议及RS-485通信协议,针对"海事一号"ARV水下机器人开发了上位机与下位机系统之间的操控终端。该操控终端通过上位机系统与可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)采集系统的程序设计,实现了"海事一号"ARV上位机与下位机的实时通信与控制,效果良好,传输效率较高。

ROV在海上风电水下检测的应用

近年来,我国海上风电快速发展。风电机组和海上升压站的桩基础、海缆等水下资产对海上风电场的安全稳定运行至关重要,一旦出现问题将会导致严重的发电损失,甚至可能影响安全。缆控水下机器人(ROV)在海洋石油工程具有广泛的应用,也逐步开始在海上风电的水下检测中应用。文章针对海上风电水下桩基础、海缆等水下资产在生产运维过程中的典型问题、检测需求和ROV目前应用的检测技术和检测设备进行了分析、总结,对目前应用中存在的问题和未来发展进行讨论,为ROV在海上风电场水下检测中的应用提供参考。

水下狭窄环境中ROV的自主返回控制

为满足缆控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)在水下狭窄环境中作业完毕后的顺利回收需求,研究仿真ROV的路径跟踪以及动力定位系统。基于非对称ROV构建数学模型,利用李雅普诺夫函数,采用反向递推和反馈线性化,设计了基于反步法的自适应控制器。该控制器通过反馈线性化,将已知非线性参数转化成线性参数,不确定的非线性参数应用自适应控制律进行放宽。通过仿真对该控制器应用于ROV的可行性进行验证表明:基于反步自适应控制以及视线导引的算法,ROV在水下狭窄环境中路径跟踪效果良好,动力定位稳定,鲁棒性良好,能够很好地解决ROV模型的不确定性与非线性问题。该控制器为ROV在水下狭窄环境中的回收作业提供了很好的解决方案。

面向ARV的视觉辅助水下对接方法研究

针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。