自主/遥控水下机器人水面/水下通信协议设计与实现

为了解决自主/遥控水下机器人（ARV）水面控制台与水下载体之间的通信问题，设计并实现了一种基于分层结构的水面/水下通信协议。该协议根据ARV 通信特殊需求，分为应用层，数据链路层与物理层，各层之间通过事件路由的方式进行调用，层内协议规则通过有限状态机来描述，整个协议结构清晰。ARV 实验结果证明这一通信协议具有传输速率快，可靠性高等优点。

北极冰下自主/遥控机器人控制系统设计

针对北极冰下海洋参数监测的使命要求,对水下机器人控制系统进行了相关研究,将PC104总线与CAN总线应用到自主/遥控水下机器人中,实现了一种分布式与集中式相结合的水下机器人控制系统体系结构。从硬件和软件两个方面描述北极自主/遥控水下机器人控制系统的实施方案。

有缆水下机器人主动升沉补偿控制研究

针对母船的升沉运动影响有缆水下机器人的释放与回收的工程实际需求,提出了利用液压绞车降低中继器的升沉速度来实现水下机器人主动升沉补偿控制的方法,来提高水下机器人释放与回收的安全性能。建立液压绞车的数学模型并设计主动升沉补偿前馈控制器。水下机器人主动升沉补偿实验表明液压系统的非线性降低了液压绞车主动升沉补偿前馈控制的升沉补偿效率。针对液压绞车的非线性特性,设计了液压绞车主动升沉补偿预测控制算法,仿真实验表明基于液压系统参数辨识的液压绞车主动升沉补偿预测控制可以得到较高的升沉补偿效率。

一种遥控潜水器控制系统的研究与应用

介绍一种基于工业以太网通信技术及Windows平台构建的遥控潜水器控制系统.将该控制系统应用于最新研制的遥控潜水器中,其在通信能力、视频传输、控制性能、硬件的可扩展性、数据的存储与显示等多方面都比传统的控制系统具有明显的优势.在水池中进行了试验,验证了该控制系统及整个潜水器良好的运动功能和性能.

基于Windows的大型ROV控制系统软件设计

针对Windows越来越能满足实时控制系统这一情形,本文在分析大型ROV控制系统的实时性基础上,进行了基于Windows的大型ROV实时控制系统软件设计,并给出了实际应用结果。应用结果表明,该控制系统软件运行稳定、可靠,很好的完成了对大型ROV的实时控制。

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。

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

液压系统在水下机器人的应用

本文结合在中型、大型水下机器人液压系统的设计、安装、调试的经验和体会,阐述液压系统在水下机器人应用的技术特点和技术措施,为水下液压系统设计提供借鉴.

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。

一种先进的轻型水下机器人——金鱼Ⅲ号

本文叙及一种新的轻型水下机器人(亦称无人遥控潜水器或ROV)——金鱼Ⅱ号。概要地描述了它的主要技术特点,系统总体结构,简要工作原理,及其适用范围。文中以在丰满电站进行实际作业为例,说明了该型水下机器人的应用前景。

微型遥控潜水器视频监控系统

介绍了一种微型遥控潜水器视频监控系统,包括硬件装置及基于软件技术的视频数据处理技术。硬件装置完成视频信号的采集、传输、显示。视频数据处理技术解决了视频信号的捕获、存储、画面质量调节等。该系统已经在微型遥控潜水器中应用,效果良好。

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。

ROV模糊控制导航方法

本文提出一种水下 ROV(Remotely Operated Vehicles)的模糊导航方法和基于该方法的控制器结构 .通常由于水下环境光照不足或是水质混浊 ,很难依赖摄像机准确地为 ROV导航 ,引导 ROV到达预定目标 ,尤其是工作空间存在障碍物时 ,ROV很可能发生碰撞 .文中提出的模糊控制方法 ,将 ROV在 3D空间运动的状态、局部环境信息以及导航规划数据表示为多重模糊条件 ,然后结合 ROV的导航特点 ,建立了一个三级模糊控制器 ,该控制器使用同一种控制模式完成 ROV有障碍和无障碍的导航任务 .仿真实验结果验证了所提出方法的有效性