自治/遥控水下机器人北极冰下导航

针对北极高纬度和科学考察中长期冰站对海冰在一定范围内连续重复观测的需求,设计了面向冰下环境的自治/遥控水下机器人("北极ARV")导航定位系统.提出基于海冰运动修正的水下机器人自主导航方法,通过定时引入海冰运动信息,实时准确获取水下机器人相对于海冰的位置信息,这不仅提高了观测数据的实际应用价值,还提高了冰下作业的安全性.仿真试验和北极冰下应用证明这一导航系统具有精度高、稳定性好等优点.

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。

基于改进自抗扰的自治水下机器人运动控制系统研究

自治水下机器人控制系统是一个具有时变性、不确定性以及强耦合性的非线性复杂系统,很难建立起准确的数学模型。针对干扰下AUV的运动控制问题,提出了一种改进型自抗扰控制器:在使用fal函数的自抗扰控制器基础上,提出了具有更好平滑性的改进非线性函数nal,并且基于nal函数设计了改进后的扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制器。最后通过Matlab/Simulink对AUV的航向控制模型进行仿真。仿真结果表明,与传统的自抗扰控制器相比,改进型自抗扰控制器能够有效提高扰动的估计能力,增强系统抗干扰能力。

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。

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。

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。

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。

“海筝Ⅱ型”遥控自治水下机器人的运动控制研究

论文以"海筝Ⅱ型"遥控自治水下机器人为研究对象,简要介绍了该型水下机器人的总体性能和运动模型,着重对其运动控制展开研究。利用模糊PID算法来实现该型水下机器人的运动控制。并通过仿真和一系列的试验来验证其控制性能。

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。

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。

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。

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。

采用能耗最优改进蚁群算法的自治水下机器人路径优化

针对传统路径优化算法中"距离最短能耗非最低"的问题,提出了一种基于能耗最优改进蚁群算法的自治水下机器人路径优化算法。该算法通过对水下机器人进行水动力学分析,建立了水下机器人移动过程中的受力模型;得到了机器人移动路径的能耗计算公式;提出了能耗最优的改进蚁群算法,采用路径能耗的倒数作为路径信息素值,实现了能耗指导蚁群进化的目的。实验结果表明:该算法规划的路径长433.51m,水下机器人能耗12 235.17J,算法寻优迭代次数22次;传统距离最优算法规划的路径长393.56m,水下机器春能耗12 864.99J,算法寻优迭代次数33次。该算法规划的路径距离虽比传统算法长10%,但是能耗却降低了5%,收敛速度明显比传统算法快,对降低水下机器人能耗、提高续航能力有一定的优势。

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。

基于CAN总线的自治水下机器人控制系统

将CAN总线应用在自治水下机器人中,构成多主站的分布式控制系统,取代了以往水下机器人采用的集中式控制结构及主从式网络结构.从硬件和软件两方面详细介绍了CAN总线在自治水下机器人中的应用方案,设计了基于P87C591单片机的CAN总线控制器,并针对水下机器人分布式控制系统的需求特点,设计了CAN应用层协议和相应的通信软件.最后通过湖试验证了控制系统的可行性和可靠性.

“CR -02”6000m无人自治水下机器人载体系统(英文)

“CR -02”6000m无人自治水下机器人(AUV)是基于“CR -01”6000m机器人的改进型。“CR -02”机器人的最大工作深度为6000m。它的一项重要功能是通过采用艏部垂向和横向对转槽道桨 ,使其具有海山爬坡能力 ;另一重要功能是它具有先进的测深侧扫声纳。抚仙湖的试验结果表明艏部对转槽道桨大大改善了机器人的机动性。本文简要地介绍了机器人的主要技术特性和参数、载体线型。

基于遗传算法的自治水下机器人水动力参数辨识方法

针对传统确定自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)水动力参数试验和理论计算的困难性及以往辨识方法优化结果趋于局部最优解的缺点,提出一种基于遗传算法的AUV水动力参数辨识方法,该方法不受参数初值选取的影响,具有较好的鲁棒性和全局寻优特性,可为AUV运动控制、状态预报及控制系统开发等提供动力学模型。针对开架式AUV原型样机CRanger-01,在对其进行动力学建模分析的基础上,利用该方法对其水平面运动水动力参数进行辨识,得出了CRanger-01的19个水平面水动力参数,与实际值进行比较后,辨识误差在允许范围之内。通过运动仿真对模型进行验证,结果表明该算法能有效辨识AUV水动力参数,可为工程实践提供参考依据。

远程自治水下机器人研究

本文主要讨论远程自治水下机器人的关键技术 ,叙述了导航、能源技术和控制系统的实现方法 ,并给出水下试验结果 。