一种自治水下机器人垂直面避碰规划方法

为提高自治水下机器人在垂直面跨越坡型、台阶型障碍的能力,提出了一种基于模糊控制的垂直面避碰规划方法。该方法以避碰声纳的输出作为输入,垂直面的深度调节量作为输出,直接建立了从障碍感知到避碰行为的映射。半物理仿真实验表明,该方法有效提高了某型自治水下机器人垂直面操纵性能,具有反应迅速、稳定性好、便于工程实现的优点。

AUV定位信号检测延时的蒙特卡洛模拟分析

在简要介绍AUV声学定位声纳接收机原理基础上,分析了CW脉冲信号在极性相关检测电路中的传输过程,建立了极性相关积分检测延时仿真分析模型。提出采用蒙特卡洛模拟方法获取检测延时的分布特征和统计参数的观点。实验结果表明蒙特卡洛模拟实验与硬件电路实验结果一致,对于解决随机性检测延时问题具有很强的能力。获得的结果可为AUV定位声纳检测门限的设定、声学测距和定位精度分析以及水声通信延时分析提供参考。

水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究

通过对通用流体动力学仿真软件CFX的研究,提出了一套水下机器人粘性类水动力的数值计算方法.该方法采用标准k-ε湍流模型计算位置力系数,采用标准k-ω湍流模型计算旋转力系数及其它耦合水动力系数.对“CR-02”6000 m自治水下机器人的计算表明,通过这种方法获得的水动力系数具有较高的精度,可以满足水下机器人方案设计阶段的操纵性设计、运动预报和仿真等需求.

AUV水下对接关键技术研究

对国内外主要AUV水下对接系统进行了研究,从对接方式、对接传感器、控制策略、流体干扰和对接失误对策五个方面阐述了AUV水下对接系统的方法、技术现状以及发展趋势.

带槽道桨水下机器人阻力特性的数值分析

自治水下机器人在低速航行时,单靠操舵方式难以保证其机动性。特别是作业过程中需要进行水下悬停定位时,经常会使用槽道桨。槽道桨在载体上形成贯穿式的孔洞结构,影响水下机器人直航过程中的阻力特性。本文借助流体动力数值仿真计算软件CFX,对槽道孔洞尺度改变、轴向位置改变时,水下机器人航行阻力所受到的影响进行了数值分析。数值分析得到的结论,对水下机器人槽道桨的工程设计和优化具有参考价值和指导作用。

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。

基于混合灵敏度的水下机器人鲁棒控制研究

为了使水下机器人(AUV,autonomous underwater vehicle)在多环节不确定条件下满足水下作业时动力定位的控制精度要求,深入研究了混合灵敏度鲁棒控制中各加权函数的选取原则后,设计了基于混合灵敏度的 AUV 鲁棒控制器。通过 AUV 半物理仿真平台上的动力定位试验和控制算法对比试验,证明了所设计的鲁棒控制器对于水下机器人系统的外界扰动和参数变化不确定性具有良好的抑制作用,控制效果令人鼓舞。

自治水下机器人在深海采矿系统湖试中的应用

以大洋采矿前期的湖试为例,介绍了AUV在矿产资源调查和深海采矿中的应用。在深海采矿系统作业前期,利用AUV调查湖底的地形地貌、结核的分布与覆盖率,确定集矿机作业地点的大地坐标。在深海采矿系统作业后期,利用AUV调查集矿机在湖底的行走轨迹和压陷深度,估算回采率。

自治水下机器人机械手系统协调运动研究

简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿态变化及载体与机械手之间的干涉,同时采用梯度投影法优化海流作用下的系统推力。仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地协调多任务下的系统动作。

基于数字海图的自主水下机器人路径规划研究

为了解决远程自主水下机器人(LAUV)路径规划问题,提出一种基于数字海图的路径规划算法.该算法对传统人工势场法进行了有效改进,克服了传统人工势场法固有的缺点和不足,可以用于LAUV离线和在线路径规划.其有效性已在半物理实时仿真平台上得到了验证.

基于能源消耗最小的自治水下机器人—机械手系统协调运动研究

描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计.鉴于自治水下机器人—机械手系统是运动学冗余的且自带能源,因此将系统阻力优化函数引入逆运动学求解,设计了基于系统能源消耗最小的系统协调运动规划算法.仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地减小了系统能源消耗.

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。