7000米微型ROV耐压控制系统研究与试验

为搭建7000米微型ROV耐压控制系统,本文设计了一套从元件、模块到系统循序渐进的压力试验方案,其可行性在实践中得到了验证。随后的压力试验证明:大多数现有的电子元件在7000米深海压力下工作正常,只有少数薄壁空腔结构的元件不能承压,需要经过特殊处理才能使用。对于这样的元件,采取相应的保护措施,排除了若干技术障碍,有效解决了微型ROV电子设备的耐压问题,为耐压控制系统的设计和实现奠定了基础。

基于AT91RM9200的7000m微型ROV控制系统设计

设计了一种适用于自带能源的7000m深海微型ROV的嵌入式水下控制系统。该系统是7000米微型ROV的核心部件,采用AT91RM9200芯片作为中央处理器,扩展各种传感器和功能部件完成ROV的监控和与上位机之间的实时通讯。采用功耗低、集成度高的电子元件来搭建出一种功耗低、尺寸小、简单可靠且能满足这种ROV运行环境的控制系统;采用耐压电子技术,控制系统能够稳定地在70MPa的压力下工作。

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。

基于乘性扩展卡尔曼滤波的水下机器人姿态估计

针对缆控水下机器人(ROV)运行时姿态估计的精准性和实时性问题,设计了一种基于乘性扩展卡尔曼滤波(MEKF)的姿态估计算法。该算法通过线性化姿态运动学方程,分别建立标称状态方程和误差状态方程,在扩展卡尔曼滤波框架下融合微机电系统(MEMS)传感器数据,实时估计姿态和偏差。为验证该算法可行性,采集水下动态实验数据进行融合,与参考值相比较,并在仿真环境下与姿态估计算法中广泛使用的显性互补滤波(ECF)以及梯度下降(GD)法分析对比。结果表明:算法能实时稳定输出ROV的姿态信息,并且在动态性、收敛性和准确性等方面均优于其他两种算法。基本满足ROV姿态估计收敛性好、精度高等要求。

尾翼对微型ROV运动稳定性的影响

为了提高微型ROV水下运行时的稳定性,通过在ROV本体上增加不同的尾翼来达到调节运动稳定性的目的。对微型ROV的动力学方程进行了简要的分析。采用Fluent仿真软件对未安装尾翼时的ROV运动稳定性进行分析,在此基础上分析不同斜度,不同安装位置以及不同高度的尾翼对整个ROV运动稳定性的影响,通过ROV运动稳定性判定的指标,比较不同情况下运动稳定性指标的计算值,筛选出最优尾翼方案,最终为流线型微型ROV尾翼设计给出指导性意见。