柔性水下悬停机器人的液气相变驱动及制造

为解决传统水下机器人功耗大、噪声大、机电特征易被探测的缺点,受河鲀应激防御时体型变化的启发,设计并制造了一种基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人(简称悬停机器人)。机器人基体由柔性硅橡胶材料制成,内部预设一腔体,腔体内封装低沸点驱动液体(3MTM NovecTM7000,沸点35℃),通过加热驱动液体使其发生液气相变,作用在内腔壁面上的饱和蒸气压使悬停机器人的体积发生变化从而改变悬停机器人的浮力;通过控制驱动温度实现悬停机器人的上浮下潜运动与定深悬停。实验表明:悬停机器人在自封装15mL驱动液体时的驱动温度范围为50～100℃,最大可提供约为自重1.95倍的浮力;在驱动温度为53℃时,可实现定深悬停;在驱动温度范围内,浮力测量值误差小于5%。基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人回避了传统的机电驱动传动,自带工质,尺寸小质量轻,适合水下复杂环境作业;工作功耗小,驱动过程无噪声。     

基于温差能源的水下滑翔器动力学分析与设计

水下滑翔器作为一种新型水下机器人系统，对于海洋环境监测与资源探测具有重要应用价值．与采用电能驱动方式不同，设计开发了一种海洋环境能源（温差能源）驱动的水下滑翔器，并应用Gibbs—Appell方程建立了动力学模型，仿真分析了水下滑翔器的垂直剖面运动特性，获得了相应的运动参数．依据动力学仿真结果，设计了基于温差能源的热机系统，以及姿态调整机构与控制系统．水域实验结果表明，水下滑翔器采用温差能源驱动，其原理是可行的，所设计的热机系统热交换功率达到47W，可以满足水下滑翔器驱动性能要求．     

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。     

柔性水下悬停机器人的液气相变驱动及制造

为解决传统水下机器人功耗大、噪音大、机电特征易被探测的缺点,受河鲀应激防御时体型变化的启发,设计并制造了一种基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人（简称悬停机器人）：基体由柔性硅橡胶材料制成,内部预设一腔体,腔体内封装低沸点驱动液体（3M? Novec? 7000,沸点35 ℃）,通过加热驱动液体使其发生液气相变,作用在内腔壁面上的饱和蒸气压使悬停机器人的体积发生变化从而改变悬停机器人的浮力;通过控制驱动温度实现悬停机器人的上浮下潜运动与定深悬停。实验表明,悬停机器人在自封装15 mL驱动液体时的驱动温度范围为50～100 ℃,最大可提供约为自重1.95倍的浮力;在驱动温度为53 ℃时,可实现定深悬停;在驱动温度范围内,浮力测值误差小于5%。基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人回避了传统的机电驱动传动,自带工质,尺寸小重量轻,适合水下复杂环境作业;工作功耗小,驱动过程无噪声。     

基于VxWorks的水下机器人嵌入式导航系统的研究

构建了基于VxWorks嵌入式操作系统的智能水下机器人组合导航系统,详细阐述了水下机器人导航系统软、硬件体系结构.硬件采用基于PC104总线的多板卡嵌入式系统,导航系统核心处理器采用Intel公司的PIIX-4芯片处理器以及VxWorks实时嵌入式操作系统.文中还详细阐述了导航系统软件信息流程、数据处理及基于强跟踪卡尔曼滤波的船位推算算法.最后通过自主目标搜索、长距离航行试验等海试验证了该导航系统的可行性与可靠性.     

智能清扫机器人行走驱动系统设计

智能清扫机器人作为服务机器人实用化发展的先行者,替代了传统的人工清洁工作,具有十分广阔的市场前景。行走驱动系统是一个能实现设计要求的理想化的智能清扫机器人的重要组成部分,是清扫机器人的主体。通过总结系统功能和设计要求明细表,确定设计方案,求解功能元,绘制系统功能原理方案的形态学矩阵,通过对比不同功能载体的优劣,找到符合设计方案的最优解,确定结构方案,从而设计出所需的智能清扫机器人行走驱动系统。设计出的行走驱动系统具有小型、平稳、灵活的特点,为机器人提供了结构上的保障,满足了运动方式、运动速度、自我保护等多种功能,适用于家庭、宾馆、办公室等室内环境场合的半自动或全自动清洁。     

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。     

鱼雷形水下机器人非线性航迹跟踪控制 

研究了欠驱动自主式水下机器人路径跟踪问题.在Serret Frenet移动坐标系下,基于虚拟目标机器人建立了路径跟踪误差动力学方程.在此基础上,结合水下机器人动力学方程,设计了基于Lyapunov稳定性理论和反步法技术的控制器.仿真结果表明,提出的非线性反馈控制律能够保证路径跟踪误差快速收敛到零,使机器人沿着参考路径航行.     

欠驱动智能水下机器人的自抗扰路径跟踪控制

为削弱欠驱动智能水下机器人(AUV)在路径跟踪过程中遇到的外界环境干扰和载体内部信号传输干扰的影响,以某欠驱动AUV为研究目标,基于自抗扰控制技术以及在Serret-Frenet坐标系下建立的路径跟踪误差方程,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,建立了二阶自抗扰路径跟踪控制器,并进行了与传统PID控制器的对比仿真实验.仿真实验包括水平面随机干扰下的圆路径跟踪和渐变干扰下的空间螺旋线跟踪.仿真结果表明,基于自抗扰控制技术的欠驱动AUV路径跟踪控制器能够实现相应的参考路径跟踪任务,同时,相比于传统PID控制器,自抗扰路径跟踪控制器能够更有效地抑制干扰造成的颤抖、超调等现象,具有更优的控制效果.     

复杂环境下的欠驱动智能水下机器人定深跟踪控制

为使欠驱动智能水下机器人(AUV)在实际定深作业中,更好地抵抗外界和载体内部信号传输所构成的复杂环境作用,以某欠驱动AUV为研究对象,基于自抗扰控制技术和模糊控制方法,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,利用切换控制策略,取自抗扰和模糊控制各自的优点,联合建立了欠驱动AUV模糊自抗扰定深跟踪控制器,并与基于传统比例积分微分(PID)方法的定深控制器在复杂环境下进行了对比仿真.仿真结果表明,基于模糊自抗扰控制技术的欠驱动AUV深度控制方法能够实现准确定深跟踪控制,同时,相比于传统PID控制器,模糊自抗扰深度控制方法能够更有效地抑制复杂环境下干扰所造成的超调和震颤等现象,具有更优的控制效果.     

对抗条件下水下目标分布模型研究

根据水下目标对抗来袭水下潜器的基本原则和典型态势,以正态分布模型为基础,推导了随机机动及机动并使用对抗器材2种情况下的目标位置分布模型．借助能够真实再现水下潜器攻击目标的完整攻防过程的仿真系统,记录对任一阵位对抗来袭水下潜器状态下的目标分布情况．仿真结果表明：文中给出的模型与仿真所得的分布情况一致,证明了其有效性和合理性,可进一步利用该分布模型为评估水下潜器攻击效果或规划水下潜器搜索策略提供支撑．     

基于有限状态机的智能车辆交叉口行为预测与控制

提出一种智能车辆交叉口行为预测与控制方法. 建立交叉口车辆行为预测的有限状态机(FSM)模型,对交叉口其他车辆的行为进行预测. 构建应用于智能车辆的混合状态系统,引入有限状态机模型,结合智能车辆交叉口安全条件运行规则,实现智能车辆离散状态分析及车辆控制. 运用PreScan和Simulink/Stateflow实现交叉口联合仿真. 结果表明,该方法可以使智能车辆安全地通过有其他车辆通行的交叉路口.      

灵巧航行体半实物仿真系统设计方法与应用

以新型灵巧航行体研发为背景,针对其近水面运动易受波浪力干扰、舵面受力复杂等问题,通过建模与仿真解耦设计、环境条件自动切换等方法设计了模拟灵巧航行体水中工作环境的半实物仿真系统,并在此基础上进行了实时仿真计算能力试验、灵巧航行体半实物仿真试验研究和波浪干扰试验研究. 结果表明,应用所建立的设计方法构建的半实物仿真系统解决了灵巧航行体近水面运动姿态控制系统半实物仿真的需求,可为灵巧航行体的姿态控制系统设计和实航试验提供重要参考依据.      

水下航行器组合导航定位系统设计研究

为解决航行器编队水下航行时的导航定位问题,针对主航行器设计了单体导航定位系统,对于编队中的从航行器,应用水声定位及通信传输模块进行绝对定位,以此完成整体编队导航定位,并给出了整体设计思想和软件流程.通过实验数据对导航精度进行分析,比较了简易DR算法和卡尔曼滤波算法,论证了方案的可行性、可靠性和导航的精确性.     

RFID技术在建筑工地管理中的应用

分析了建筑工地目前存在的管理问题,应用无线射频识别技术设计了一套智能网络管理系统.介绍了无线射频识别技术的基本原理,以及应用到定位系统的改进解决方案.该系统可以实时检测并显示工地内部施工人员、车辆及建筑材料等的具体位置,管理人员与施工人员可以通过计算机、手持无线设备等方便快捷地获取现场信息.项目管理人员可通过网络远程操控现场,并可在程序中预加载一系列预警策略,实现对建筑工地的智能化管理.     

A path planning algorithm based on Bezier curves for underwater vehicles

An on-line path planning algorithm based on Bezier curves is presented for underwater vehicles.Aiming at the special requirements of underwater vehicles and 3D environment,the algorithm consists of two steps: the generation of spatial path and the processing of some constraints.A path for underwater vehicles is planned,which satisfies the velocity constraint and the centripetal acceleration constraint of underwater vehicles.The proposed path planning method can be used for the vehicle's locomotion and navigation control.     

复杂工况下盾构隧道车辆智能调度系统开发及应用

为解决长大隧道施工时多作业车辆行驶时车辆拥堵、安全风险高、调度难的问题,依托上海轨道交通市域线机场联络线超大直径盾构隧道工程,设计了具有位置确认、信号传输、定位应用功能的智能调度系统。分析施工物料优先性,以减少车辆等待时间为目标确定车辆调度次序,建立了车辆调度模型。基于隧道车辆定位系统和车辆调度模型,开发了复杂工况下隧道车辆智能调度系统,通过在上海轨道交通市域线机场联络线工程度~凌区间隧道进行验证应用,提前20~35 s为相对行驶车辆进行避让预警,在相距50 ~ 200 m范围内进行车辆安全车提醒,提高了超大直径盾构隧道物料运输效率,提升了长距离隧道单车道多车辆行驶安全。     

重型货车坡道运行安全监控系统

 针对山区公路交通的安全问题,研究一种适用于重型货车的坡道运行安全监控系统。依据确定的监控指标,选用Freescale MC9S12DG128B 单片机,并设计信号采集、信号处理、数据通信等功能模块和人机交互智能仪表,构建了重型货车坡道运行智能监控系统。装车道路试验结果表明,该系统实现了对制动器温度、制动主缸压力、制动轮缸压力、制动管路压力、制动减速度、下坡坡度等参数的实时监测,能够给驾驶人提供车速、制动踏板位移、制动踏板力、环境温度和湿度等信息,且当制动器温度过高、制动管路泄漏、制动减速度异常时,能够及时提醒驾驶人,有效提高了重型货车坡道运行的安全性。     

小型航行体近水面纵向运动鲁棒控制

质量较轻的小型航行体在近水面运动时易受波浪力干扰,影响运动稳定性和控制精度,为抑制干扰,在建立纵向平面动力学模型的基础上,采用H_∞混合灵敏度鲁棒控制方法设计了小型航行体近水面纵向运动控制器,建立了近水面波浪力模型,并结合所建立的波浪力模型进行了小型航行体纵向运动控制的数学仿真和半实物仿真实验研究. 结果表明,所设计的控制器调整时间短,超调小,鲁棒性较强,可较好地解决小型航行体近水面航行时的波浪干扰问题,为小型航行体总体控制系统设计提供参考依据.      

基于干涉型分布式光纤技术的水下管道泄漏检测实验分析

为解决复杂水下管道的泄漏检测问题,以干涉光路为基础,构架面向水下管道应用的分布式光纤泄漏检测系统.在水下波导实验室,以直径为200 mm的铸铁沥青输气管道为对象,研究水流波动条件(流速为2～6 m/s)、气压0.5～1.4 MPa下,分析Sagnac原理中零点频率和泄漏点在宽频范围内的对应关系,建立零点频率分辨率和定位的关系,消除水下环境干扰信号的影响.实验结果表明:该系统可用于水下输气管道泄漏检测,对于6.5 km测试间距,可有效测定泄漏源位置,定位误差小于2.0％.