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。

水下机器人-机械手系统构建与研究

描述了一水下机器人——机械手系统研究平台的搭建,详细介绍了三功能水下电动机械手的设计与实验,给出了载体分系统的设计结果,利用Matlab工具箱和M函数构建了系统仿真模型,可以有效地对系统规划和控制算法进行验证(包括分别对载体分系统和机械手分系统的控制),可为进一步的现场试验提供指导和方法验证。

多UUV协作系统的研究现状与发展

介绍了多UUV(Unmanned Underwater Vehicle)协作系统的结构和特点,分析了其未来应用前景,并对国外多UUV系统的应用现状进行了综述.在此基础上,着重分析了系统涉及的导航、通信、控制和能源等技术的研究现状并展望了其未来的发展方向.

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。

SARV光纤收放装置的控制系统设计与实现

根据小型自治遥控水下机器人SARV的运动特性,研制了光纤微缆收放的控制系统。设计使用了嵌入式QNX软件开发技术,系统稳定可靠。采用系统辨识的方法,获得被控对象的等效数学模型。采用单神经元自适应PID控制器对控制参数进行在线自调节,实现了SARV在水中运动时光纤收放的恒张力控制,满足光纤收放装置的设计要求。

基于输入和机械手扰动补偿的水下机器人控制实验研究

以搭建的自治水下机器人-机械手系统为对象,通过水池实验分析了载体分系统的响应特性。针对传统的反馈控制在载体控制中的不足,将输入补偿项和机械手扰动补偿项作为载体控制的前馈项,设计了水下机器人复合校正控制器。水池实验验证了方法的可行性和有效性。

基于模糊神经网络水下机器人直接自适应控制

提出了基于广义动态模糊神经网络的水下机器人直接自适戍控制方法,该控制方法既不需要预先知道模糊神经结构,也不需要预先的训练阶段,完全通过在线自适应学习算法构建水下机器人的逆动力学模型.首先,本文提出了基于这种网络结构的水下机器人直接自适应控制器,然后,利用Lyapunov稳定理论,证明了基于该控制器的水下机器人控制系统闭环稳定性,最后,采用某水下机器人模型仿真验证了该控制方法的有效性。

水下滑翔机器人系统研究

水下滑翔机器人是一种新型的水下机器人,可以作为水下监测平台用于大范围、长时间的大尺度海洋环境监测作业。文中调查了水下滑翔机器人的国内外发展现状,分析了其可能的应用领域。详细介绍了中国科学院沈阳自动化研究所开发的水下滑翔机器人系统,包括载体外形优化设计、载体结构设计和控制系统设计。分析了水下滑翔机器人定常滑翔运动和空间螺旋会转运动的运动性能。

载人潜器半物理虚拟仿真系统及其性能分析

为了缩短深海载人潜器控制系统的开发周期,测试系统性能,根据载人潜器的自身特点,构建和实现了载人潜器所有传感器、执行器设备模拟,以及潜器在海底实景的运动状态的半物理虚拟仿真系统。首先,以仿真系统的硬件架构和数据流程为基础,重点介绍了潜器设备模拟的软件体系结构;其次,在仿真平台上测试了各种网络数据的传输延迟,分析了其整体性能;最后,得出了潜器控制器设计的时间约束。现阶段整个系统已经开发成功,并投入运行到潜器控制系统的安装调试中。

载人潜器串口设备转接工业以太网的实时性建模与分析

根据具体的需求,为载人潜器设计了一种基于工业以太网的内部数据通讯和控制系统,其数据通讯的实时性是衡量控制系统的一个重要指标,因此,为了分析串行数据通信系统的实时性能,据其选用的传感器和网络架构的特点,建立了串口数据包传送时间延迟的数学模型;并在潜器平台上,以实测数据试验误差验证了该模型的准确性和普遍性,从而为开发人员对各种串口设备的参数设置提供理论指导;最后用该模型分析了载人潜器串行数据传送的实时性。

载人潜水器信息显控系统

本文介绍了基于工业以太网的载人潜水器的信息综合显控系统。详细地描述了该系统的软件结构及各相关模块的特点,并对系统中各部分所实现的功能进行了详细的介绍。目前,该系统已在实验室进行了实验,实验效果良好。

基于局域网的多水下机器人仿真系统设计与实现

多水下机器人仿真系统是一个能够对多水下机器人系统的体系结构、协调控制、路径规划、学习算法等进行演示验证的分布式实时数字仿真系统,是开展多水下机器人技术研究的基础和有效手段.讨论了应用基于局域网的分布式仿真技术来解决多水下机器人系统仿真的问题,并详细说明了仿真系统的硬件组成和软件总体设计.

WAGO750模块与PC机之间的通讯

介绍了一种用于WAGO750-842以太网节点及系列模块与PC机之间的一种通用而又简便的通讯方法,该方法能够使PC机与WAGO750系列模块方便地进行数据交换,从而达到计算机对控制对象进行信息采集和控制输出的目的。该方法已在载人潜水器控制系统中得到成功应用,效果良好。

自治水下机器人-机械手系统运动规划与协调控制研究

过去的五十年，自治水下机器人技术得到迅速发展，在海洋资源调查、海洋科学考察和海洋地质勘探等领域有着广泛的应用，为促进相关领域的发展做出了显著贡献。随着海洋开发和利用的活动增多和水下机器人总体技术水平的提高，利用自治水下机器人进行海洋作业逐渐受到人们的重视。作业型自治水下机器人是为了满足当前海洋领域的需求而提出的一种大深度、大范围潜航并能够自主完成水下科学考察和作业的水下机器人系统，是目前水下机器人的一个发展趋势。自治水下机器人与作业机械手构成浮游基座的多连接体系统，具有运动学冗余、动力学高度耦合等特点，高效安全的运动规划与高精度的协调控制技术是保证其自主作业的一个核心技术。 本文结合 “十五”期间国家863计划“深海作业型自治水下机器人总体方案设计”和中国科学院沈阳自动化研究所知识创新项目“新型ARV关键技术研究”的研究内容，围绕水下机器人自主作业技术，深入研究了自治水下机器人-机械手系统的运动规划与协调控制技术，以实现高精度的机械手末端位置控制与轨迹跟踪，为深海资源开发的特定需求发展具有自主作业能力的水下机器人技术提供理论依据。重点研究针对系统特点的运动规划与运动实现问题；研究基于系统响应特性的机械手控制与载体控制问题；研究基于扰动模型以及不基于扰动模型的载体抗扰动控制问题；在系统运动规划与控制研究的基础上，研究能实现机械手末端精确轨迹跟踪的控制策略问题。本论文研究内容如下： (1)根据自治水下机器人载体特点，研究了适合于载体搭载的水下电动机械手设计与控制问题。设计了谐波传动的紧凑型三功能水下电动机械手系统，包括结构设计、控制系统搭建和控制器设计，根据机械手摆动关节的幅频响应特性，设计了关节角速率PI校正控制器和双环位置控制器，并针对常参数位置控制的电压和角速率突变，研究了基于界估计的机械手位置自适应控制应用问题；实验证明了系统的可靠性和控制算法的有效性，为水下电动机械手的设计开发提供了理论支持，为论文后续研究工作奠定了基础。 (2)研究了自治水下机器人-机械手系统的运动规划问题。建立了系统运动学方程和系统仿真模型；针对系统运动学冗余、载体流线外形、自身携带能源等特点，结合梯度投影法和加权伪逆矩阵法，以机械手末端位置控制及轨迹跟踪为前提，对系统运动分配、关节限位、有无海流下的系统能耗优化等运动规划进行了研究，仿真证明了运动规划算法的有效性。 (3)研究了一自治水下机器人-机械手系统的基本控制问题。利用沈阳自动化研究所的ARV载体，结合本文设计的三功能水下电动机械手，搭建了水下机器人-机械手实验系统；对载体分系统自身的响应特性以及对机械手扰动的响应特性进行了测试和分析；设计了基于输入补偿和机械手扰动补偿的复合校正控制算法，在有限的传感器条件下，通过测量变换获得了两种补偿控制算法中的近似补偿项，水池实验证明了算法的有效性。 (4)针对机械手扰动和载体推进器推力模型的复杂性和不精确性，在基于载体输入补偿控制的基础上，设计了神经网络自适应控制算法，通过自学习的方式用神经网络直接逼近载体控制电压与机械手扰动状态量之间的非线性关系，在机械手不停扰动下逐渐提高载体的控制精度；基于Lyapunov稳定性理论，证明了存在外界干扰和神经网络逼近误差条件下水下机器人-机械手系统载体控制器的闭环稳定性；通过水池实验验证了控制系统的有效性，为水下机器人-机械手系统载体分系统的控制提供了一种新思路。 (5)结合系统控制，通过水池实验分析了离线规划与在线规划下的机械手末端轨迹跟踪特点，针对几种典型情况，提出了自治水下机器人-机械手系统自主作业的几种控制规划策略，通过机械手末端跟踪典型轨迹的水池实验，证明了所提策略的有效性，实现了系统规划、控制共同作用下的机械手末端轨迹跟踪，在配置环境感知传感器的情况下，能够实现一定程度的自主作业。

遥控移动式作业机器人实时多任务管理系统

本文介绍遥控移动式作业机器人实时多任务管理系统．该系统是在多总线和位总线相结合的计算机系统上，利用ｉＲＭＸⅡ实时多任务操作系统设计编制的实时多任务管理系统．该系统为遥控机器人提供了数据通讯，人机接口，任务作业等重要管理工作，使机器人能顺利地完成机械手操作和车体运动等重要控制功能。