Counterions in polyelectrolyte multilayers: A vehicle for introducing functionalities

Counterions present at the surface of polyelectrolyte multilayers were utilized for the introduction of charged species into the multilayer via ion exchange. A typical polyelectrolyte multilayer film with Na+ counterions in the outermost layer was immersed in an AgNO3 aqueous solution and the rapid ion-exchange process was complete within 1 min. The silver ions thus introduced were then reduced in situ and silver nanoparticles were produced at the surface of the multilayer assembly. This example demonstrates that the counterions naturally occurring in every polyelectrolyte multilayer film can be a convenient vehicle for the introduction of various functionalities to the film.

A moored underwater energy conservation system for profiling measurement

There is a need to obtain the hydrologic data including ocean current, wave, temperature and so on in the South China Sea. A new profiling instrument which does not suffer from the damage due to nature forces or incidents caused by passing ships, is under development to acquire data from this area. This device is based on a taut single point mid-water mooring system. It incorporates a small, instrumented vertically profiling float attached via an electromechanical cable to a winch integral with the main subsurface flotation. On a pre-set schedule, the instrument float with sensors is winched up to the surface if there is no strip passing by, which is defined by an on-board miniature sonar. And it can be immediately winched down to a certain depth if the sonar sensor finds something is coming. Since, because Of logistics, the area can only be visited once for a long time and a minimum of 10 times per day profiles are desired, energy demands are severe. To respond to these concerns, the system has been designed to conserve a substantial portion of the potential energy lost during the ascent phase of each profile and subsequently use this energy to pull the instrument down. Compared with the previous single-point layered measuring mode, it is advanced and economical. At last the paper introduces the test in the South China Sea.

Underwater topography detection of Shuangzi Reefs with SAR images acquired in different time

Imaging mechanism of underwater topography by SAR and a underwater topography SAR detection model built on the theory of underwater topography detection with SAR image presented by Yuan Yeli are used to detect the underwater topography of Shuangzi Reefs in the Nansha Islands with three scenes of SAR images acquired in different time. Detection results of three SAR images are compared with the chart topography and the detection errors are analyzed. Underwater topography detection experiments of Shuangzi Reefs show that the detection model is practicable. The detection results indicate that SAR images acquired in different time also can be used to detect the underwater topography, and the detection results are affected by the ocean conditions in the SAR acquiring time.

基于立体视觉的移动机器人楼梯识别

本文提出了一种结构化环境下,基于立体视觉的机器人楼梯识别算法,并将算法该应到自主移动机器人上。该算法首先利用二维图像分析的方法搜索楼梯的疑似区域;进而利用立体视觉对各个疑似区域进行精确三维重建,结合三维信息重构楼梯平面,排除虚假疑似楼梯区域;最后判定机器人和楼梯的相对位姿关系,引导机器人爬楼梯。最终我们将该算法应用到了自主移动机器人上,通过在各种光照条件下的实验,进一步验证了该算法的准确性和快速性。

基于模糊推理水下作业系统运动控制研究

水下作业系统是运动学冗余系统,本文将模糊推理方法融入基于任务优先运动学控制算法,对系统载体与机械手进行协调运动分配,同时对系统多个任务进行优化。通过带有3自由度水下机械手的水下作业系统进行算例仿真研究,说明运动控制算法的有效性。

一种遥控水下机器人视频监控系统

本文介绍一种应用在遥控水下机器人上的视频传输与监控技术。采用光多路复用器实现水面与水下的数据及视频传输,通过工业以太网实现整个系统的摄像机及灯光控制,并对传输到水面视频信号进行显示、叠加及存储。该技术成功的应用在新开发的遥控水下机器人中,效果良好。

光纤微缆对SARV操纵性的影响分析

以新概念小型自治遥控水下机器人SARV及其光纤微缆系统为研究对象,在对光纤微缆进行受力分析的基础上,采用集中质量法建立了光纤微缆的动力学模型。结合作业中SARV载体的实际运动,利用直接计算法分析了不同运动状态下光纤微缆对SARV载体产生的附加力和附加力矩及其对SARV载体操纵性的影响,并提出了合理的操纵建议。为SARV载体端设计光纤微缆释放装置张力控制提供了一定的理论依据,在一定程度上有助于完善SARV控制系统,提高SARV航行的稳定性。

浮力调节系统在作业型AUV上的应用研究

本文根据我国正在研制开发的作业型水下机器人的特性及其对浮力调节和姿态控制的要求,应用PID控制策略,设计了一个浮力调节系统,仿真结果证明该设计方案可以达到预期的目标。(100039北京市中国科学院研究生院)常海龙

Multi-sensors data acquisition and information fusion for manned submersible vehicle

本文介绍了一种用于载人潜水器的导航传感器的数据采集及信息融合技术。航行控制计算机通过基于工业以太网的数据通信系统对各传感器进行数据采集,采用卡尔曼滤波器完成对各传感器数据信息的融合,以便提高数据的精度和控制系统的性能,并将结果送给监控计算机,用于载人潜水器的姿态显示。

水下机器人多功能作业工具包

本文首先阐述了水下机器人作业工具包的重要性 ,重点研究了水下机械手的原理、功能及两种主要结构 .并以沈阳自动化所研制的缆控水下机器人为背景 ,讨论了水下作业工具包的一些专用工具的原理及其结构

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。

北极冰下自主/遥控机器人控制系统设计与实现

自主/遥控水下机器人是近年来出现的一种新型水下机器人，其自带能源，通过微光缆与水面支持系统相连接，既具有自治水下机器人大范围自主航行的能力，又具有遥控水下机器人定点操作能力，提高了自治水下机器人实时获取数据的能力，扩大了遥控水下机器人的作业范围。由于自主/遥控水下机器人工作方式的灵活性和多样性，其必将会在海洋监测、军事等方面有越来越广泛的应用。 北极是反映全球气候变化的敏感地区，目前世界各国对北极的考察规模越来越大，对极地海洋的探索力度也大幅度增加。由于自主/遥控水下机器人具有灵活的工作方式，将其应用到北极冰下海洋环境监测中，便于满足北极科考的需求。本论文以科考需求为背景，将自主/遥控水下机器人应用到北极海洋环境监测中，为搭载的测量设备提供一个基本的运动平台。 本论文以实现自主/遥控水下机器人控制系统功能为目的，在深入研究已有水下机器人控制系统结构的基础上，开展自主/遥控水下机器人的控制系统软件和硬件设计与实现工作。将CAN总线与PC/104总线应用到自主/遥控水下机器人控制系统中，实现了一种分布式与集中式相结合的控制系统体系结构，将控制系统的可扩展性、实时性、可靠性等结合在一起。 以作者的实际工作为基础，介绍了自主/遥控水下机器人控制系统软、硬件的设计与实现。采用基于CAN总线技术的分布式控制系统体系结构；采用基于PC104嵌入式计算机的数字控制方案进行航行控制系统硬件设计与系统配置；采用嵌入式单片机做为分系统的控制器；在QNX操作系统下用C语言编写水下控制系统软件，采用模块化和标准化的设计思想，将水下控制系统软件分化多个功能模块，每个模块由不同的进程来实现。 实际实验结果表明，本文所设计的控制系统能够达到预期目标；所设计底层硬件系统和底层驱动软件能够给机器人的上层控制软件提供一个稳定基础。

北极冰下自主/遥控水下机器人导航与轨迹跟踪研究

将水下机器人用于极地科考，可以通过其携带的多种传感器和设备进行大范围、长时间的冰下观测作业，并取得重要的极地科考资料，如冰下水纹，海冰厚度等。而这些观测数据必须与准确的浮冰位置信息相结合才有实用价值，但北极高纬度特性和长期覆盖的大范围海冰使得一些传统水下机器人导航技术难以有效实施，所以需要研究一种能在北极冰下具有良好性能和高可靠性的导航系统。同时，对北极海冰进行的一系列科学考察，需要载体能够沿着浮冰上预定轨迹航行，但由于海流等外界影响的存在，浮冰处于实时运动中，所以要顺利完成科考任务，必须有相应的轨迹跟踪算法作为支撑。 本文正是针对以上这两点需求，在充分考虑环境特殊性的情况下，研究了水下机器人在北极冰下的导航与轨迹跟踪问题，提出了基于GPS测向仪冰面修正的水下机器人自主导航技术和基于制导控制器的浮冰轨迹跟踪方法，并进行了仿真和实物测试，试验结果表明本文所研究的导航设计方案和浮冰轨迹跟踪方法合理，可以达到北极冰下科考的定位精度和作业要求。 主要工作包括：（1）ARV导航系统设计。详细研究了各导航传感器的输出信息；坐标系定义、坐标变换、相对于浮冰的航位推算以及绝对坐标的求解；最后详细研究了整个冰下导航系统。（2）ARV导航系统误差分析。首先对各传感器的误差进行了详细分析；接着通过分析整个导航算法，建立了浮冰坐标系下ARV位置误差传递方程；最后通过引入具体传感器的参数指标，数值计算了整个导航系统的精度。（3）浮冰轨迹跟踪系统设计。首先对水下机器人在冰下的航迹进行了描述；接着分析了两种冰下制导控制器，视线法制导和横向轨迹误差法制导；最后详细研究了整个ARV航迹控制系统。（4）浮冰轨迹跟踪算法仿真。详细讨论了北极“ARV”的水平面动力学模型。并结合模型对浮冰轨迹跟踪算法进行了Matlab和视景仿真，验证了算法的合理性。（5）湖试和海试结果分析。通过对ARV棋盘山湖试和北极冰下海试数据分析，定量说明了导航误差和轨迹跟踪性能。

越野移动机器人自动驾驶专家系统的研究

本文研究越野移动机器人驾驶专家系统等有关问题．首先介绍了系统的硬件支持环境，然后阐述了自动驾驶专家系统的总体结构，有关知识库的内容以及使用知识的各功能模块的作用与运行机理．该系统已部分得以应用，能够完全代替驾驶员完成各种驾驶操作，并能进行自主导航、运动规划、自动绕障、动态跟踪目标、原路返回以及示教再现等复杂任务。