一类载人潜水器的导航技术研究

介绍了一类载人潜水器导航系统的组成,接着阐述了基于工业以太网的信息采集模块.由于载人潜水器动力学模型存在未建模扰动以及各种传感器存在不同程度的误差,需要采用卡尔曼滤波器(KF)等方法进行数据滤波,最后将滤波后的数据用于该类载人潜水器的导航研究.半物理仿真平台结果表明,载人潜水器的导航精度得到了大幅度提高.

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。

载人潜水器及其运动控制

介绍了载人潜水器的构成及推进器的布置,在此基础上导出了载人潜水器的推力分配方程。阐述了载人潜水器的运动控制。最后,将运动控制系统在载人潜水器半物理仿真平台上进行了验证,运动控制效果良好。

水下机器人光纤微缆动力学研究

讨论了水下机器人远程通信光纤微缆的动力学问题,研究分析了在海洋层流条件下水下机器人的运动对光纤微缆张力的影响,在仿真分析的基础上提出了对光纤微缆收放系统的设计要求并给出了概念设计方案。

载人潜水器数据采集与监控系统

介绍了基于工业以太网的载人潜水器的数据采集与监控系统。简要地阐述了载人潜水器的重要性。详细地描述了该系统的硬件结构及各智能节点的特点,并对系统中各层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。

“CR-01”6000m自治水下机器人在太平洋锰结核调查中的应用

介绍了“CR 0 1”自治水下机器人的研制背景和系统的特点 ,以及“CR 0 1”在太平洋锰结核调查中的应用情况 ,并对所获得的数据进行了分析

7000米载人潜水器动力定位系统研究

深海载人潜水器可以运载科学家和工程技术人员，以及各种仪器设备进入深海现场，进行各种海洋资源调查、科学考察和海底调查等作业任务。近十五年来，深海载人潜水器为促进海洋资源调查、海洋生物基因、海洋地质勘探等与海洋相关研究领域的发展作出了显著贡献。未来，深海载人潜水器还将在与海洋相关研究领域，以及海洋资源开发与争夺过程中发挥更加重要的作用。随着海洋高技术的发展，人类对海洋的研究更加深入和精细，在众多作业任务中，将逐渐要求深海载人潜水器具有动力定位能力。精确的动力定位能力，可以有效提高载人潜水器的作业能力和效率，降低操作人员的作业强度。影响深海载人潜水器动力定位系统性能的因素有很多，主要包括状态感知系统的测量精度、作业系统作业过程中产生的扰动、复杂海洋环境产生的复杂外力干扰、以及推进子系统的控制分配和故障容错能力等。 本文以“十五”期间国家863计划重大专项“7000米载人潜水器”为研究背景，结合7000米载人潜水器动力定位能力的实际应用需求，深入研究了7000米载人潜水器动力定位系统，实现高精度、高稳定性的动力定位。重点研究能有效提高7000米载人潜水器水平位置和线速度测量精度的导航方法；研究适合存在复杂外界干扰和自身不确定性条件下，多输入多输出的载人潜水器智能控制方法；研究具有推进器故障容错能力的动态控制分配策略。本文研究内容主要包括： （1） 根据7000米载人潜水器的传感器配置情况，研究基于多普勒速度计程仪和光纤罗经的载人潜水器导航问题。提出基于“当前”加速度统计模型和潜水器运动方程的Kalman Filter导航方法，这种导航方法可以在线准确地估计出多普勒速度计程仪的速度测量偏差比例因子，以及多普勒速度计程仪和光纤罗经间的航向角安装偏差。通过仿真实验和湖上试验数据验证实验，验证了该导航方法的正确性和有效性。 （2） 基于潜水器6自由度空间动力学模型，设计了基于径向基神经网络直接自适应控制策略的7000米载人潜水器动力定位控制器。基于Lyapunov稳定性理论，证明了存在有界外界干扰和有界神经网络逼近误差条件下，7000米载人潜水器控制系统的闭环稳定性。通过7000米载人潜水器动力学模型的仿真实验和水下机器人实验平台的水池实验，进一步验证了该控制系统的正确性、有效性和稳定性。 （3） 提出了采用动态模糊神经网络在线学习算法，解决基于径向基神经网络载人潜水器直接自适应控制方法的网络结构设计困难问题。改进了用于机械手运动控制的动态模糊神经网络在线学习算法的结构学习部分，使其更适用于载人潜水器的控制。基于Lyapunov稳定性理论，证明了基于动态模糊神经网络直接自适应控制策略的载人潜水器控制系统的闭环稳定性，并进行了仿真实验。 （4） 基于推进器配置情况，建立了7000米载人潜水器的动态控制分配模型，设计了推进器故障容错处理策略。针对完全固定推进器配置的潜水器系统，提出了基于伪逆矩阵分配和定点分配策略相结合的混合动态控制分配算法。针对存在可动态配置的回转推进器，提出基于SQP算法的动态非线性优化控制分配策略，设计了优化算法的代价函数。通过仿真实验和7000米载人潜水器半物理仿真平台实验，验证了本文研究的潜水器动态控制分配算法的正确性和有效性。

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。

基于视觉的水下机器人悬停定位方法与应用研究

为解决受外力扰动而影响定点作业的问题，水下机器人需要具有悬停定位(Station keeping)的功能。悬停定位是指在存在外界扰动的情况下，机器人相对于作业目标仍然能够保持期望的位置和姿态。它具有两个特点：首先，是一种动力定位，即在状态感知系统的引导下，依靠自身动力抵抗外界扰动而保持期望位姿；其二，是一种局部定位，机器人相对作业目标的空间运动范围一般不会很大。因此，对悬停定位的研究需要重点解决两个问题，一个是状态感知问题；另一个是控制问题。 传统的声学定位难以满足精度和实时性的要求，视觉是一种实现水下机器人悬停定位的重要方法。本文以国家“十五”863计划重大专项“7000米载人潜水器”的悬停定位为应用背景，从摄像机标定、特定水下目标识别、视觉伺服和演示实验四个方面进行基于视觉的水下机器人悬停定位方法与应用研究。所开发的系统采用特定观察目标作为合作目标，应用基于模型的单目位姿估计方法获取摄像机与观察目标之间的相对位姿信息，实现了悬停定位中的状态感知；然后以视觉系统提供的位姿信息为反馈,构建视觉伺服控制器，实现了水下机器人的闭环控制。 摄像机标定与水下特定目标识别是实现单目位姿估计的前提，其精度直接影响位姿估计的精度，进而影响整个悬停定位系统的性能。通常摄像机标定是一个先建立成像模型，然后求解模型参数的过程。常用的简化成像模型无法精确描述3维成像空间与2维图像平面之间的关系，并且常规标定方法存在非线性方程优化求解困难的问题。因此，本文提出一种基于虚拟摄像机的无模型标定方法。该方法把摄像机的成像过程作为一个黑盒，通过光电测量方式直接建立3维成像空间与对应2维图像平面之间的映射关系。然后根据该映射关系定义一台虚拟理想摄像机，其透视模型参数可以根据需要任意设定，而不影响最终标定结果。虚拟摄像机的引入使得本方法的应用与常规方法同样方便。实验结果表明，该标定方法可以提高位姿估计精度，特别适用于无法用数学模型精确描述成像过程的系统。 针对系统中应用的特定观察目标，设计了水下图像处理和目标识别算法。对水下图像增强处理以后，应用基于自动阈值和区域生长相结合的方法进行图像分割；然后提取观察目标的图像特征，应用基于模型的目标识别方法实现了水下目标的识别和定位。 以单目位姿估计获得的位姿信息为反馈，构建水下机器人的闭环控制器，以实现悬停定位。这是一个典型的基于位置的视觉伺服问题。针对悬停定位的特点，设计了注视优先原则，在机器人运动过程中合理规划各自由度的控制，应用专家PID控制方法实现了水下机器人视觉伺服。 应用上述研究成果，以水下机器人实验平台为载体，在室内水池搭建了演示实验系统，在国内首次完成了基于视觉的水下机器人悬停定位演示实验。实验结果表明：在悬停定位起始阶段，以观察目标在摄像机视场内为前提，机器人能够在视觉伺服控制下跟踪观察目标，并且使观察目标始终保持在摄像机视场之中；能够运动到指定位置并且保持一个特定姿态，实现了机器人的定位定姿；在受到外界扰动（外力或水流）的情况下，仍然能够恢复到原来的位姿；即使在持续水流的冲击下，也能稳定地保持期望位姿。水下机器人悬停定位演示实验为今后基于视觉的悬停定位技术应用于实际作业打下了良好基础。

面向多目标搜索的多UUV协作机制及实现方法研究

由不同功能UUV组成的异构系统能够实现对水下多个目标的探测和识别，多台UUV的协作机制已经成为当前水下机器人领域的一个热点课题。论文的研究工作依托国家863计划“基于弱通信的多机器人协调控制关键技术研究”等多项课题，面向水下多目标搜索应用背景，针对水下声学通信以及探测、导航传感器的局限性，研究弱通信条件下异构多UUV系统协作机制及实现方法，具体研究内容包括如下几个方面： (1) 构建了异构多UUV系统的体系结构：提出了基于多智能体角色联盟的UUV群体体系结构，使其能够适应多重的使命需求，具有开放性。设计了基于智能体思维结构的UUV个体体系结构，将UUV智能体的思维状态分为个体心智和社会心智两个层次分别实现，更加符合人类社会思维模式。基于面向对象Petri网理论对角色联盟进行建模，能够对角色内部控制逻辑和角色之间协作逻辑进行描述。 (2) 设计了多UUV系统的编队搜索策略：面向多目标搜索应用设计了编队搜索策略，保证搜索区域的连续性，采用基于大地坐标系的队形结构，更易于转弯时的队形控制。提出了基于思维层规划的队形控制方法，将跟随领航者法集成到队形控制任务的规划中，方便在不同任务间的切换，具有通用性。此外，设计了多UUV系统的队形重规划策略。 (3) 研究了多UUV系统的任务分配方法：针对同步搜索中的分布式任务分配问题，提出了动态熟人网方法，该方法对传统熟人网方法进行了改进和扩充，能够满足弱通信条件下任务分配的响应时间、执行时间、可靠性和负载均衡等性能要求，将动态熟人网方法应用于目标识别任务分配问题，仿真结果表明动态熟人网相比传统熟人网具有更好的性能。针对异步搜索中的多目标优化任务分配问题，提出了多蚁群系统（MACS）算法，该算法针对多个目标的不可公度性，对现有蚁群系统（ACS）算法进行了扩展，将MACS方法应用于多目标优化任务分配问题，仿真结果显示MACS算法相比加权法ACS具有更好的性能。 (4) 研究了多UUV系统低成本自主导航方法：提出了基于移动双信标的协作导航方法，采用两台携带高精度导航传感器的主UUV，为数量不限的携带低精度导航传感器的从UUV提供导航信息。设计了基于扩展卡尔曼滤波器的从UUV位置估计算法，该方法能够有效提高从UUV的导航精度，并且适应弱通信条件。 多UUV仿真平台的实验结果验证了本文提出的协作机制及实现方法是正确有效的，能够满足弱通信条件下多目标搜索的实际需求。

有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究

随着水下机器人技术的不断进步，水下机器人的作业范围和作业深度不断增加，深海水下机器人在深海领域有着其他手段无法比拟的优势。在深海区域，海面的海况条件相对比较恶劣，支持母船受风、浪、涌、流影响而产生较大幅度的升沉运动对有缆水下机器人正常作业和收放操作有较大的影响，水下机器人中继器的升沉运动甚至可以造成系缆的损坏而使机器人本体丢失。如何提高水下机器人在相对恶劣海况条件下的安全性能、特别是水下机器人与中继器安全的释放与回收成为当前深海有缆水下机器人开发所需要面临的一个重要问题。有缆水下机器人主动升沉补偿技术的研究，对于提高水下机器人在相对恶劣海况条件下的安全作业和收放具有重要的意义，对提高水下机器人抵御恶劣海况的能力具有重要的作用。 本文结合中国科学院沈阳自动化研究所研制的作业型遥控潜水器（ROV）在4级海况条件下安全作业和收放的实际需求以及“十五”期间国家863计划专题项目“基于母船升沉预测的深海装备主动升沉补偿测控单元的研究开发”的要求，开展有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究，降低相对恶劣海况条件下母船升沉运动对水下机器人中继器的干扰，保证水下机器人与中继器安全的释放与回收。重点研究母船升沉运动的测量方法；研究以液压绞车为动力机构的主动升沉补偿控制方法；研究母船与水下机器人中继器升沉运动预报方法；研究母船、铠缆、水下机器人及中继器系统的有限元建模与运动分析方法。本文的主要研究内容如下： （1）研究海况条件、船舶尺寸与母船升沉运动之间的关系，分析在4级海况条件下作业型ROV母船升沉运动幅值和频率的分布范围和规律。利用惯性测量传感器测量母船升沉运动加速度值，通过积分和数字高通滤波处理得到母船升沉速度或位移信号。研究升沉运动测量误差来源，设计升沉运动自适应滤波器。 （2）以有缆水下机器人液压收放绞车为动力机构，开展基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿控制方法研究。针对液压收放绞车的功率无法满足主动升沉补偿闭环控制的要求，研究在欠功率条件下液压绞车主动升沉补偿前馈控制策略，利用控制预值消除不对称负载作用时出现的液压绞车运动偏移。控制算法简单可靠，便于工程实现。 （3）针对液压绞车大负载、大惯量且系统参数时变、非线性等特征，研究液压绞车主动升沉补偿预测控制策略，通过水下机器人主动升沉补偿预测控制仿真实验分析液压绞车主动升沉补偿预测控制的补偿效率。 （4）研究母船与水下机器人中继器升沉运动预报方法。利用AR模型以及母船升沉运动历史数据，实现对母船未来极短时间内的运动预报，为液压绞车预测控制算法的应用提供参考轨迹。研究基于ARMA模型以及母船和水下机器人中继器升沉运动历史数据的水下机器人中继器升沉运动预报方法。 （5）通过升沉运动测量实验分析升沉运动测量模块的可靠性和测量精度的影响因素。利用模拟液压绞车主动升沉补偿实验验证常规液压绞车主动升沉补偿前馈控制的效率。并利用作业型ROV收放系统的实际液压绞车进行主动升沉补偿实验。结合模拟液压绞车与作业型ROV液压绞车主动升沉补偿实验的实验结果，分析4级海况条件下液压绞车主动升沉补偿控制效率。 （6）利用有限元理论建立母船、铠缆、水下机器人及中继器的有限元集中质量模型，通过数值方法求解有限元方程，得到母船与水下机器人中继器之间的运动耦合关系，仿真分析在液压绞车主动升沉补偿控制状态下水下机器人中继器升沉运动规律及铠缆张力变化规律。

四功能水下电动机械手设计与控制研究

随着人类对海洋开发和利用的不断增加，自治水下机器人（AUV）作为一种能够完成水下作业任务的重要工具，对其的研究受到国内外研究机构的广泛重视。特别是近十年来，由于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。 本论文以国家“十一五”863课题“自治水下机器人－机械手系统协调控制关键技术”为背景，针对水下电动机械手的关键技术进行了研究，论文的主要工作有： (1)根据自治水下机器人载体特点，自主设计出适合于载体搭载的四功能水下电动机械手。完成了机械手各关节模块的结构设计，驱动方式和传动方式的选择以及密封件和零件材料的选择。该机械手实现了紧凑与轻量化和关节模块化设计，具有可充油和内部走线功能。 (2)采用Denavit-Hartenberg方法设定了机械手的杆件坐标系，通过相邻连杆齐次变换矩阵建立了机械手运动学模型，推导出机械手的运动学方程；通过牛顿－欧拉方程算法推导出机械手动力学方程。借助单摆动杆水动力方程，推导出本论文机械手的水动力力矩，建立了考虑水动力力矩的机械手动力学方程。 (3)研究了基于PD控制的N关节机器人轨迹跟踪算法的应用问题，仿真实现了该控制算法在本论文机械手位置跟踪控制中的应用。 (4)以搭建的UVMS为对象，推导出其运动学模型，建立了系统仿真模型。针对系统运动学冗余的特点，以机械手末端位置控制为前提，结合加权伪逆矩阵法，基于速度运动学对系统关节限位运动规划即系统逆运动学求解问题进行了研究，仿真证明了运动规划算法的有效性。 关键词：水下机器人；水下电动机械手；自治水下机器人－机械手系统；动力学；运动规划

深海ROV铠缆绞车及主动升沉补偿装置设计研究

深海ROV是一种可以在深海进行观察和作业的水下机器人。其研究和开发，对海洋环境的调查，海洋资源的钻探以及军事应用方面都具有重要的意义。深海ROV收放在深海区域收放作业时，作业环境复杂，作业深度大，如果铠缆绞车采用单卷筒结构会存在驱动装置功率过大，卷筒的转动惯量过大，载体出水的瞬间铠缆外层压入内层等问题。另外，海面的海况条件比较恶劣，支持母船受风、浪、涌、流影响而产生较大幅度的升沉运动对有缆水下机器人正常作业和收放操作有较大的影响，ROV中继器的升沉运动甚至可以造成系缆的损害而使机器人本体丢失。为了提高ROV在恶劣海况下的安全性能，保护中继器与载体之间的系缆不受损坏，需要配备升沉补偿装置。所以深海ROV铠缆绞车及其升沉补偿装置的研究与设计，对实现深海ROV的收放及保障系统安全及各项关键技术的进一步研究具有重要的意义。 本文在863计划“基于母船升沉预测的深海装备主动升沉补偿测控单元的研究开发”资助下，结合7000m ROV收放操作和升沉补偿的要求，开展深海ROV铠缆绞车及其主动升沉补偿装置的设计研究。针对深海ROV收放作业时，ROV铠缆绞车需要具有ROV快速收放能力及升沉补偿能力，设计适合于深海ROV收放作业的铠缆绞车。本文重点研究适合于深海ROV铠缆绞车的双绞车结构形式；研究双绞车的受力分析，驱动装置的选型；设计深海ROV铠缆绞车的储存绞车和牵引绞车；设计用于深海ROV铠缆绞车的主动升沉补偿装置。本文的主要内容如下： （1）研究深海ROV铠缆绞车的结构形式。分析了如果深海ROV铠缆绞车采用单卷筒结构存在转动惯量过大，驱动装置功率过大，在出水的瞬间铠缆外层缆压入内层等问题，提出了双绞车结构。分析了双绞车的组成，布置及其作用原理，各部件的组成及作用原理。 （2）研究深海ROV铠缆绞车的受力及所需要的功率。利用微元分析，求解出深海ROV牵引绞车每个绞盘提供的摩擦力，从而求出各绞车驱动装置需提供的最大驱动力矩和功率，作为驱动装置的选型依据。 （3）设计深海ROV铠缆绞车。通过类比以前的绞车系统，理论计算，初步选定储存绞车及牵引绞车各个部件参数。采用SolidWorks进行三维建模后，采用ANSYS进行有限元分析，通过计算机仿真技术克服理论计算的缺陷，对各个部件进行强度校核及结构优化。 （4）设计主动升沉补偿装置。根据升沉补偿装置的技术指标，通过理论计算确定升沉补偿装置各个部分结构形式和参数，并进行了三维建模、通过有限元分析对各个部件进行强度校核，最后分析了超长缆释放时自身的张力对绞车定位的影响。 通过以上研究，设计出符合7000m ROV收放作业要求的深海ROV铠缆绞车及其升沉补偿装置，为7000m ROV的实现和收放技术的研究奠定了良好的基础。

监控式水下机械手及相关技术的研究

水下机械手作为水下机器人通用作业工具得到广泛地应用，目前水下机械手的主要操作方式为主从方式。虽然主从方式具有操作直观，灵活的特点，但难于完成需要精确定位，轨迹控制的水下作用，如海洋石油钻井平台导管架的检查作用。为了扩展水下机器人的作业能力，提高水下作业智能化程度，沈阳自动化所承担国家863课题“水下虚拟遥操作与监控机械手系统”关键技术的研究工作。作者参加了此课题的研究工作，以Schilling水下机械手为研究对象，深入研究机械手的作用功能，对机械手的逆运动学，焊缝空间轨迹规划作了深入的研究，形成本文阐述的主要内容。由于Schilling水下机械手各关节之间的连接参数中存在多个偏距，其运动学逆解不能简单由解析方式给出。机械手进行控制与轨迹规划等操作必须找到一种快速求解的方法。本篇文章得出一种基于信赖域法的机械手运动学逆解算法。由于该算法具有收敛速度快的特点，故可以被应用于在线求解机械手运动学逆解；由于没有直接求解二阶导数，故不存在奇异解的问题。经理论分析和实验证明该方法在解决水下监控机械手在线跟踪水下结构物空间轨迹的技术问题具有较好的效果。作为课题的实际应用背景的导管架焊缝曲面为一复杂的空间曲面。为了实现课题的研究目标，本课题不仅要求解焊缝的轨迹，而且要给出其法线方向。对于这样一个问题，用空间解析几何和微分几何方法是很难求解的，本文给出了一种基于B样条参数曲面及曲面求交的方法，具有速度快，通用性强的优点。

工程机器人的发展与展望

本文简述了工程机器人的国际发展潮流,国内工程机械工业的现状及其与国外的差距.介绍了863计划智能机器人主题促进我国工程机器人发展的行动、立项情况和取得的成果.进一步对三种通用性土方机械的机器人化的技术成果作了介绍.最后论述了发展工程机器人的科学、社会和经济意义,对其发展前景作了展望.