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。

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。

“北极ARV”遥控水下机器人

登上雪龙号参与第三次北极科考的一名神秘“队员”——“北极ARV”，是中国自主研发的首个自主与遥控混合作业模式水下机器人。由于身穿可产生浮力的木质“外衣”，“北极ARV”可以在北极冰下100米以内的水域悬停，

我国自主研发“海星6000”有缆遥控水下机器人完成首次科考应用下潜深度首破6000

“海星6000”准备入水2018年10月26日,由我国自主研制的“海星6000”有缆遥控水下机器人完成首次科考应用任务,在多个海域获取了环境样品和数据资料。期间,“海星6000”最大下潜深度突破6000米,再创我国有缆遥控水下机器人(ROV)的最大下潜深度纪录。

一种自主遥控式水下机器人的分布式控制系统设计

根据自主遥控式水下机器人的内部空间大小、推进速度、续航能力、转弯半径、通信距离等系统性能指标设计一种分布式的运动控制系统,包括主控制器及控制软件、推进单片控制器、多路舵机控制器及其驱动电路板和驱动程序、多串口通信软件、供电系统的设计。该控制系统能够实现船载控制器指令的下发、水下机器人状态信息的综合显示。

深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

深海自主/遥控式水下机器人(ARV)作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据,也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作,其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状,结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果,以6 000米级“问海一号”ARV系统的研发为例,给出其关键技术集成以及面对的技术挑战,并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。

基于隐式离散化超螺旋算法的水下机器人姿态控制

本文主要研究作业型自主遥控水下机器人(ARV)的姿态控制问题。在ARV进行悬停作业时,机械臂运动对载体的耦合作用和环境不确定性等因素将影响作业过程的载体姿态,导致机械臂作业精度降低。为此,本文提出一种基于隐式离散化的超螺旋算法用于载体的姿态稳定控制。隐式离散化的引入有效抑制超螺旋算法离散化引发的抖振,对采样周期和过高的控制增益不敏感。采用多目标优化算法用于控制参数优化,排除了参数选择对控制性能的影响,确保了对比仿真实验的公平性。最后的对比仿真实验验证了所提出算法的有效性和优越性。

“海星6000”水下机器人稳定性和可靠性获验证

日前,由我国自主研制的“海星6000”有缆遥控水下机器人顺利完成了首次科考应用任务,在多个海域获取了环境样品和数据资料。其间,“海星6000”最大下潜深度突破6000m,再创我国有缆遥控水下机器人的最大下潜深度纪录。据介绍,“海星6000”是在中科院海洋先导专项支持下,由中科院沈阳自动化所主持,联合中科院海洋所等单位共同研制,是我国首台自主研制成功的6000m级有缆遥控水下机器人装备。

中国水下机器人首次在北极开展冰下调查

中国自主研发的首个自主与遥控混合作业模式水下机器人“北极ARV”，近期在北纬84度北冰洋海域成功完成冰下调查，这是中国水下机器人首次在如此高纬度开展冰下调查工作。

智能水下机器人北极科考大展身手

我国自主研制的智能水下机器人“北极ARV”正在中国第四次北极科学考察活动中大展身手。

下一代海洋机器人写在人类创造下潜深度世界记录10912米50周年之际

人类探索、认识和利用海洋的活动历史很漫长,最近50年,各种海洋机器人及相关装备的助推,使这种活动达到了前所未有的高峰阶段,未来社会进步的需求和科学技术发展的牵引将会使这种活动达到新的高度.本文简要回顾了世界和我国海洋机器人的发展历史,分析了各种类型海洋机器人的现状,并对其未来作了展望.

面向ARV水下对接的视觉引导信息特征点匹配算法研究

针对水下对接过程中近距离引导和定位问题,以ARV (Autonomous&Remotely Operated Vehicle)水下对接末端引导应用中对图片特征点的快速准确匹配为目标,提出结合引导灯信息的图片特征点匹配算法。在传统的ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征点匹配算法利用关键点和描述子表征特征点的基础上,增加了相对位置信息。在特征点的提取阶段提取关键点、BRIEF描述子和相对位置信息,在匹配阶段同时考虑描述子和相对位置信息的匹配程度,提高了特征点匹配的准确率和鲁棒性。同时,在特征点提取阶段利用引导灯辅助精确计算图片的缩放尺度,使得特征点的提取更加精确、速度更快。通过实验,验证算法的有效性,证明了文中提出的算法提高了图片特征点匹配的准确率和鲁棒性,同时缩短了算法的运算时间,有利于保障定位算法的实时性,从而提升水下对接的成功率。

“海斗号”全海深自主遥控水下机器人参数化设计方法与试验研究

以"海斗号"全海深自主遥控水下机器人(ARV)高效地实现深渊探测为目标,在分析其面向使命的典型性能指标的基础上,提出运用模糊层次分析法,构建"海斗号"总体设计的参数化模型.通过模型参数配置和优化,实现"海斗号"以最小时间成本完成深渊探测的目标.通过2次马里亚纳海沟深渊科考航次的海上试验,实现了"海斗号"与大垂直剖面深渊探测需求的匹配性,验证了本文参数化设计方法的有效性.

中国机器人首次在高纬度海域开展冰下调查

中国自主研发的首个自主与遥控混合作业模式水下机器人“北极ARV”，近期在北纬84度北冰洋海域成功完成冰下调查，这是中国水下机器人首次在如此高纬度开展冰下调查工作。

中国机器人首次在高纬度海域开展冰下调查

据“雪龙”号9月8日电．中国自主研发的首个自主与遥控混合作业模式水下机器人“北极ARV”，日前在北纬84度北冰洋海域成功完成冰下调查．这是中国水下机器人首次在如此高纬度开展冰下调查工作。

两款深海机器人青岛面世

近日，两款用于深海作业的水下机器人亮相青岛国家高新技术产业开发区，包括遥控水下机器人和自治水下机器人。其中，遥控水下机器人是国内自行研发和制造、具有自主知识产权的潜水器，可潜入500m以下深海，开展水下搜索、监测、打捞救助等作业。

漂移模型与水下机器人在海事演习中的应用

本研究提供一搜救模式:对于漂浮落水者:根据遇险点位置,基于“高精度实时模拟预报系统”模型预测并确定落水者位置,根据预测漂移轨迹方向划定搜寻区域并决策搜寻范围大小;使用自主水下机器人AUV对悬浮或沉底落水者、沉船进行快速大面积搜寻扫测并对疑似点标识定位,然后使用水下机器人ROV进行定点精细扫描并对疑似目标进行辨认、精确定位或投放浮标,实现对目标体的近距离辨识、救助、打捞。在“2021年国家海上搜救无脚本实战演练”中验证其可行性,为中国其他海上搜救打捞项目提供借鉴。

全海深ARV动力学建模及简化研究

以全海深自主遥控水下机器人(Autonomous&Remotely-operated Vehicle, ARV)为研究对象,针对全海深ARV的稳定航行和作业控制需求,借助潜艇标准运动方程建立直航动力学模型,还提出使用多元函数泰勒展开的方法建立独立的垂直运动动力学模型。其次,以节约计算机资源为目的,采用拟合优度分析、显著性检验和全局敏感性分析的方法剔除动力学模型中不重要的水动力系数项,得到简化的动力学模型。将初始和简化动力学方程的拟合结果与计算流体力学仿真(Computational Fluid Dynamics, CFD)计算结果进行对比分析,对比结果表明,全海深ARV直航和垂直运动动力学模型和简化动力学模型均是可靠的。