基于RBF神经网络补偿的ROV运动控制算法

针对作业型遥控水下航行器(ROV)在模型参数不确定和外部环境干扰下的运动控制问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的自适应双环滑模控制策略。首先,对于ROV外环位置控制采用改进趋近律的积分滑模控制方法,对于ROV内环速度控制采用指数趋近律的积分滑模控制方法;其次,为进一步改善滑模控制的抖振问题,引入双曲正切函数作为滑模切换项;然后,利用RBF神经网络控制技术对ROV模型的不确定参数和外部扰动进行估计与补偿;最后,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性,并对作业型ROV的运动控制进行了数值仿真。仿真结果验证了所设计的控制器可以实现ROV航行的精确控制,并能够有效抑制模型不确定参数和外部扰动对ROV运动的影响。

AUV全向运动轨迹跟踪控制方法

自主水下航行器(AUV)的精确轨迹跟踪能力是完成勘探、避障及管路巡检等水下任务的技术基础,但AUV是典型欠驱动系统,满足非完整动力学约束,导致无法跟踪某些特殊轨迹,也无法完成如守位调头、机头定点环绕观测等特殊水下动作。多数研究者基于欠驱动系统理论,研究如何提升AUV水下轨迹跟踪能力,文中则从结构改进的角度,通过借鉴水下遥控航行器(ROV)构型设计提出了AUV全向运动轨迹跟踪控制方法。该方法在保留AUV原有低阻流线型的鱼雷状结构设计与运动模式的前提下,再赋予其全向运动模式。文中以Bluefin系列AUV为例,设计改造全向式运动结构,开发基于Hermite算法的轨迹生成算法、基于缩放因子的轨迹导引算法以及航行-航向混合控制算法,并对控制方法进行了仿真与水下试验验证。结果表明,该方法能够实现AUV全向航行,解决AUV轨迹跟踪中的运动约束问题,使AUV具备对任意轨迹的跟踪能力,并完成了特殊的水下动作。

深海作业型带缆水下机器人关键技术综述

带缆水下机器人是深海勘探或采油的重要工具之一.近年来,国内外学者对其开展了广泛研究,部分成果已应用于工业生产环境.针对带缆水下机器人,从总体设计、脐带缆动力学、水动力性能、运动姿态控制以及水下机械手和作业装备等研究现状以及发展趋势进行分析综述.在总体设计方面,市场化与低成本技术使水下机器人使用前景更加广阔,针对各类特定任务的轻型和重型水下机器人发展极快;在水动力方面,机器人本体与脐带缆和机械手的耦合效应非线性较强,目前本体动响应预测精度不足,导致基于运动反馈的控制算法效果欠佳;在控制方面,滑模控制算法由于不依赖动力学响应而获得了较多应用,而基于模糊理论和神经网格的方法验证不够充分;在深海作业方面,多个刚体铰链外加抓具的结构是水下机械手最为常见的形式.扩展工具成为机械手的强有力补充,使水下机器人在深海资源获取中越来越不可替代.

ROV运动控制技术综述

水下机器人(ROV)是人类在海洋探索和开发中的重要工具,而运动控制技术是ROV的关键技术之一,是各国研究机构的研究热点。综述了国内外主要的ROV运动控制技术,总结了ROV运动控制技术的主要研究内容及关键技术,并对ROV运动控制技术进行了展望。

“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。

基于Unity3D立管横焊机器人虚拟现实技术研究

为提高深水立管横焊机器人在J型铺管复杂工况下的作业能力,提出一种基于虚拟现实技术的横焊机器人遥操作控制方案。以机器人三维建模、虚拟仿真、遥操作控制等技术为基础,综合运用UG和3DMAX建立横焊机器人三维模型。搭建基于Unity3D的软件开发平台,建立横焊机器人虚拟仿真模型及作业工作场景。采用图形用户界面系统设计横焊机器人遥操作人机交互界面。仿真结果表明:虚拟现实人机交互良好,能够精确捕捉立管横焊机器人的物理位姿和运行状态并进行动态调整,运动仿真和碰撞检测实时有效。

作业型水下机器人姿态调节控制研究

为了解决在作业时水下机器人载体上的机械手伸展过程将会引起载体重心发生变化,导致水下机器人发生纵横倾运动,影响作业效率的问题,考虑到水下机器人控制系统较为复杂,因此引入模糊滑模控制,根据要求设计出一款模糊滑模控制器。利用计算机和MATLAB技术,将水下机器人姿态运动方程与常规PID控制和模糊滑模控制分别结合起来进行仿真分析。仿真结果表明,模糊滑模控制相比于常规PID控制,在机械手关节正弦运动过程中,姿态角下降了20%以上,横倾姿态角度误差减小了30%以上,纵倾姿态角误差也超过了8%以上。在悬停作业过程中,纵横倾姿态角度都下降了30%以上。通过两种不同控制方式的仿真,验证了模糊滑模控制的控制效果要优于常规PID控制,能够取得更好的控制效果,同时利用计算机技术缩短了研究时间、提高了研究效率。

考虑螺旋桨负载的液压推进器动力学响应分析

为了研究作业型遥控水下机器人(ROV)的运动控制和液压推进器系统的动力学响应特性,提出了一种考虑螺旋桨动态负载特性的液压马达的流量、压力、扭矩、转速和螺旋桨的转矩、推力的迭代求解方法,建立了一种伺服阀控制液压推进器动力学系统的仿真模型.通过数值仿真,分析了不同水流进速时液压马达及螺旋桨的动态响应过程及特点,比较了不同控制电压下螺旋桨的推力输出响应,得到了液压推进器的控制电压和实际推力之间的关系曲线.这种推进器的建模和仿真方法对水下机器人和过驱动船舶的运动控制和推力分配策略的研究具有较高的指导意义和工程价值.

大型水电站坝体检测水下机器人研究进展

中国是水电大国,水电站大坝除涉及自身经济效益外,还关系到人民生命财产安全,因此需要定期开展大型水电站坝体缺陷检测,确保水电站大坝安全运行。目前,使用有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)进行水电站坝体缺陷检测能减少人工检测带来的诸多不利,同时提高检测精度和效率。该文对大坝环境条件和水电站坝体缺陷检测的主要内容进行了调研,梳理了大型水电站坝体检测ROV的研究现状,从坝体检测ROV总体技术、吸附技术、动力系统、检测技术、水下定位与控制系统等方面,分析了ROV在国内外水工检测领域的技术研究进展,并对坝体检测ROV关键技术的发展趋势进行了展望。

基于虚拟现实技术的ROV收放操作仿真

针对现有ROV(Remote Operated Vehicle)收放操作培训中采用实船培训风险大、成本高、培训周期长,并且缺乏完善的深潜器收放操作培训系统的问题,提出基于反向运动学原理的角色IK控制方法,结合关键帧动画实现虚拟人操作行为的仿真;提出脐带缆机和ROV门吊联动运动数学模型,实现了缆绳伸缩和门吊转动的同步控制;利用视角切换、操作提示和GUI界面等技术,增强了系统交互性.仿真结果验证了模型的有效性,研究成果已应用于载人深潜器收放操作仿真系统中.