新型水下自重构机器人水下机电对接技术

研究了一种应用于水下自重构机器人的新型水下湿式机电对接技术.采用多卡爪机械锁紧机构和充油密封方式,实现了水下可靠的机械与电气连接;利用机器人逆运动学方法实现关节的协调控制,进行对接过程末端模块的轨迹规划;利用对光电引导传感器组信号的优化来辅助水下对接;成功研制了该水下连接装置和基于该装置的水下自重构机器人样机.通过在样机上的实际应用,验证了该技术的有效性.     

水下焊接机器人系统轻量化全密封送丝装置的研制

针对核乏燃料池水下机器人熔化极气体保护焊接修复需求,研制了一种轻量化全密封送丝装置.采用铝合金外壳、玻璃钢面板等实现装置整体轻量化;采用双驱滚轮送丝机构,并通过焊丝盘等部件的优化布局实现装置的小型化;通过气管外接压缩气体实现装置内部压力随水深变化的调节;设计了基于ARM的数字化驱动控制系统,采用电枢电压负反馈控制和高频斩波技术补偿送丝速度的变化;利用基于CAN的数字化通信接口电路实现与水下机器人的数字化集成. 20 m深水下焊接试验结果表明:该送丝装置的壳体强度高,送丝稳定均匀,响应快速灵敏,工艺适应性好,可满足水下焊接修复要求.     

智能水下机器人研究进展

 随着机器人技术的进步和海洋开发需求的日益加强,智能水下机器人技术已经成为世界各国致力发展的技术领域。本文介绍国内外智能水下机器人的发展现状与发展趋势,分析智能水下机器人的关键技术及未来的发展方向。     

水下机器人的发展现状

介绍了国内外典型机器人的性能特点,阐述了国内外水下机器人发展的历史现状,总结了水下机器人发展中存在的一些关键问题,并对未来水下机器人领域的发展动向作出了展望。     

水下机器人传感器故障诊断

为了提高水下机器人系统的总体可靠性,开展了水下机器人传感器故障诊断研究.在分析水下机器人传感器三种故障形式的基础上,提出了相应的故障诊断方法.阐明了线性平滑原理和小波变换的基本理论,进行了信号奇异性分析,探讨了小波基选择的一般标准.将提出的几种故障诊断方法应用到实际的水下机器人海上试验中,结果验证了所提方法的有效性与可行性.     

基于神经网络的滑模控制在水下机器人中的应用

在水下机器人的控制中,对强耦合非线性运动进行精确建模和解析是极其困难的,本文采用神经网络对水下机器人水动力引起的不确定项和干扰的上限进行自适应逼近学习,然后采用滑模变结构方法对水下机器人航向进行控制,并进行了跟踪仿真和静态水池实验,结果表明:该种控制方法具有一定的效果。     

水下机器人智能自救系统

结合某型水下机器人智能自救系统的研制工作,介绍了该系统的工作原理和体系结构,采用基于模糊推理和专家系统相结合的方法,实现水下机器人故障诊断和智能自救决策,同时详述了基于电机驱动和爆炸驱动方式的自救系统执行机构,以及基于冗余CPU热备份技术的释放控制系统.     

多翼自治水下机器人动力学建模与姿态控制

为了提高多翼自治水下机器人姿态自主控制的稳定性和控制性能,设计了基于多翼水下机器人全参数控制模型的姿态控制系统.首先对多翼自治水下机器人进行运动学和动力学分析,建立多翼自治水下机器人的全参数运动控制模型;在此基础上建立多翼自治水下机器人整体控制系统,设计基于线性二次型最优控制的多翼自治水下机器人姿态控制器;最后进行多翼自治水下机器人姿态控制仿真实验.结果表明:在给定的外界干扰下,多翼自治水下机器人能够快速稳定跟踪目标姿态,所建立的控制器以及控制模型能够满足多翼水下机器人姿态的自主控制需要,达到设计目标.     

水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展

 随着水下作业要求的增加以及软体机器人技术的发展,水下软体机器人的研究成为水下机器人的一个前沿方向。用人工肌肉实现驱动控制并能实现仿生运动的水下软体机器人成为相关领域的研究热点。本文介绍现有水下软体机器人中7类人工肌肉驱动方式,再根据水下软体机器人推进形式,按5种仿生运动形式介绍了现有的水下软体机器人,最后展望了水下软体机器人未来在水下勘探的应用前景。     

基于修正的REMUS水下机器人模型的运动仿真

将Timothy Prestero提出的REMUS水下机器人的数学模型进行修正之后应用到某水下机器人上,结合某水下机器人的各水动力系数和参数进行运动仿真.原REMUS模型中的舵力(矩)和螺旋桨推力(矩)是通过相关艇体水动力系数来表征的,而修正的模型使用升力系数和阻力系数来得到舵力和力矩,使用插值的方法来得到螺旋桨的推力和力矩.基于此修正的REMUS模型,进行水平面直航运动、垂直面纯下潜运动、全回转运动、水平面Z型运动、垂直面梯形运动以及定常螺旋下潜运动的仿真和分析,以验证将此修正的REMUS模型应用于某水下机器人上的可行性.     

基于观测器的水下机器人鲁棒故障诊断

为提高水下机器人故障检测的正确率,降低故障诊断的误报率和漏报率,基于水下机器人的空间运动方程,完成了非线性滑模观测器的设计,并利用设计的观测器完成了水下机器人的系统辨识.将观测器应用于水下机器人的传感器仿真试验和推进器故障诊断的海上试验的结果验证了该方法的有效性和可行性.     

一种水下逃生装置的设计与应用

目前,传统水下逃生装置系统复杂,制造成本高且占用空间大,一般还需要辅助动力,无法在空间有限的轮船、潜艇、水下生活实施上普及使用。针对上述情况,笔者和他人合作设计了一种水下逃生装置并成功申报了专利,该装置主要包括一个锥形逃生桶和一个与逃生桶的较大端配合且可分离的上盖。该文主要介绍该逃生装置的结构、使用方法及其优缺点,使用该逃生装置,将可以解决目前在空间有限的轮船、潜艇、水下生活实施上逃生的难题。     

面向无缆水下机器人水下对接的轨迹跟踪控制

针对欠驱动无缆水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的特点,面向水下对接的应用需要,在考虑其非完整约束的条件下,对水下机器人的非线性系统的可控性进行深入分析,并推导如何将非线性系统通过反馈变换转换成链式模型,在此基础上提出一种使用近似线性化的全状态反馈进行三维链式控制器设计的方法。最后,为了验证轨迹跟踪控制器的控制性能,在Matlab仿真环境下进行了实验,结果表明该方法可以实现路径跟踪误差的全局渐近稳定,验证了其有效性和合理性。     

自主式水下机器人运动稳定性控制方法

针对自主式水下机器人稳定性控制问题进行了研究.首先对水下机器人的总体结构及其在水中的运动特性进行了分析,建立水下机器人系统的动力学模型;然后建立了直线、方向和位置的运动稳定性分析方法,确定了纵向稳定性和侧向稳定性准则,提出了基于特征值的稳定性要求;最后设计了无源自适应控制器,针对水下机器人在水中悬停和运动时易受海流影响的问题,建立了自适应补偿方法,进而确定了输入的不确定性补偿方法.对自主式水下机器人进行多方向的运动稳定性控制试验,通过试验修正稳定性控制参数,验证了设计的水下机器人运动稳定控制器的有效性和可靠性.     

基于反步法的欠驱动水下机器人鲁棒定深控制

针对舵桨联动式欠驱动水下机器人定深巡航任务,在运动学阶段设计关于垂向深度差的渐近视线制导角,从而将定深跟踪过程中垂向和俯仰的耦合控制转变为单一可控的俯仰控制,解决水下机器人垂向自由度上欠驱动特性.基于反步法技术在动力学阶段构建全系统李雅普诺夫函数,避免了运动学子系统与动力学子系统合成引起的复杂级联分析,提高了算法的艇载移植性.仿真结果表明:所设计的控制器对未知海流干扰具有一定的鲁棒性,能够确保欠驱动水下机器人准确跟踪期望的深度.     

基于4核DSP的水下机器人视觉传感器设计

鉴于水下机器人的传统声学传感器易受海洋噪声的影响,提出了一种光学视觉的水下机器人传感方案.并采用4核DSP并行处理的架构方式解决了大量图像数据实时处理的难题.文中给出了相应的硬件构成与有关的实验数据,实验结果表明,该硬件平台能够满足水下机器人视觉系统的要求.     

水下分散自重构机器人取样模块的设计

摘要：
针对水下分散自重构机器人工程样机取样模块的结构特点,设计了一种与水下自重构机器人工程样机配套使用的新型抓斗式取样模块,介绍了其工作与控制原理和搭载方式,并研究了取样模块工作时的受力情况.结果表明,所设计的取样模块具有较好的可靠性. 关键词：
水下自重构; 水下取样器; 抓斗式; 取样模块 中图分类号： TP 24
文献标志码： A     

基于CPG的水下自重构机器人控制网络演化方法

提出了基于中枢模式发生器(CPG)的水下自重构机器人控制网络的演化方法.引入仿生学中的CPG作为控制网络基本组成单元,采用通路矩阵描述水下自重构机器人的构形,实现了由构形到CPG控制网络的演化,并给出了水下自重构机器人典型构形所对应的CPG控制网络的结构及输出波形.结果表明,所提出的方法可以动态生成水下自重构机器人的控制网络.     

水下机器人纵向姿态的随机最优控制律研究

本文根据水下机器人的线性化模型,利用卡尔曼滤波技术给出了水下机器人纵向姿态的最优估计,通过对水下机器人垂向干扰力的有理谱建模,进行状态扩充,给出了水下机器人的随机最优控制律.仿真结果表明,其控制效果更为理想.     

基于S模型的水下机器人改进人工免疫控制器

为分析水下机器人非线性运动控制系统的特点,采用基于生物免疫生理特性与免疫应答的免疫控制方法,结合Sigmoid非线性模型和函数简化策略,得到改进型免疫控制器.水下机器人仿真试验表明,该控制器具有设计简单、响应速度快、超调小、鲁棒性好等优点.