用于水质监测浮标的水样自动采集控制系统设计

要：设计了一种用于水质监测浮标上的水样自动采集控制系统,该系统安装在水质监测浮标内部,用于现场实时采集水样,供浮标内的水质检测仪器使用。系统由抽水部分、存储分配部分、废液收集部分和控制单元等组成,具有水样定时采集、过滤、水样分配、废液收集、废液排出、管路冲洗等功能。根据各组成部分的性能指标、控制逻辑和结构方式,选择了适合海洋环境的元器件和材料。系统在海洋生态监测浮标上的运行使用证明工作可靠,能满足使用要求,且可以推广到需要自动采集水样的其他工作中使用。     

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。     

水下机器人关键区域定位系统的设计与实现

针对水下机器人定位中的淤泥、水流对定位过程的干扰问题,设计并实现了一种引入机器学习的水下机器人高精度定位系统,系统通过信号发射板产生需要的调制信号,利用数据采集模块实现接收处理功能,定位模块作为所提系统的核心模块,通过引入机器学习的思想,实现了水下机器人高精度定位系统的硬件和软件设计,实现定位功能。实验结果表明,所提系统在不同水深环境下,能较好完成水下复杂环境的机器人定位,具有很高的实用性及可靠性。     

水下机器人作业系统工具库的控制软件设计

SIWR-Ⅱ型水下机械手的工具库，是水下作业系统中用来装载作业工具的装置．设计了一个控制软件，以实现此工具库的控制．本控制系统将采取由PC机和MCS-51单片机组成的上、下位机结构的二级计算机控制系统．主要介绍了工具库的基于上下位机的控制系统的软件设计，并最终以该软件实现对工具库的控制．     

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.     

水下机器人集群通信系统设计及实验分析

针对水下机器人集群通信平台在实际运用中存在多普勒效应、易受水质和障碍物等影响产生误码的问题,提出一种基于弱电鱼感知机理的水下仿生电场通信系统。该系统根据仿生电流场通信原理,通过两对发射接收电极传递信号,设计了一套基于幅移键控原理的现场可编程门阵列（FPGA）数模混合电路。首先,为实现平台低功耗及小型化,模拟电路通过合理选型并进行画板制版,具体的发射电路包含幅移键控调制电路以及半桥驱动放大电路,采用低零漂高精度仪表运放提取接受电极两端电势差;其次,为了提高水下机器人集群通信距离实时变化时通信系统的稳定性,通过FPGA增益控制数字电路控制可编程放大器实现自适应倍数放大;然后,采用FPGA模数转换数字驱动电路驱动模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号;最后,通过整流滤波数字电路整流后设计幅移键控非相干解调数字电路输出二进制数据流后由串口电路传输至树莓派中进行数据处理。仿真分析了不同尺寸不同形状障碍物对水下电场通信影响,并进行水下通信实验,结果表明：在淡水中电导率为4.87×10^-4 S/cm条件下,所提出的水下电场通信系统可实现通信距离为2.4 m时误码率为0,且水下电场...     

水下机器人视觉控制系统的设计与实现

主要介绍了如何利用目前较先进的水下摄像机实现水下机器人视觉系统的设计,并通过计算机串口对集成微处理的控制实现了摄像机的缩放、变焦功能以及水下灯光的开、关等控制任务,从而使水下机器人具有了较完善的视觉系统。     

水下机器人的垂直平面导航控制器设计

用变结构控制理论，根据视线制导规律，推导了水下机器人在垂直平面内的变结构导航控制器．它有效地排除了非线性干扰，仿真结果令人满意     

水下监控机器人简易控制系统的设计

该文介绍了一款适用于水深100m以内的水下监控机器人,以9S12XS64单片机为控制器核心设计了水下监控机器人的简易控制系统。详细介绍了其控制系统的组成、硬件电路与软件程序的设计,在此基础上完成了原理样机的开发。实验证明该控制系统简单可靠、操作方便、成本低廉。     

新型水土采样器及水下机器人的设计

研究了一种在潜水控制系统平台上搭载有水样和土样采集器的小型水下机器人,提出了旋转推注式采集器的设计方案.该方案的重点是水土采集器的结构设计,其优点是体积小,操作灵活,一次可采集多个样品,可完成泥浆、水样、水底腐殖物的采集工作.该机器人带有水下摄像头,可为环境实时监测等提供新的测量手段.     

基于水下机器人的海底视频图像拼接技术探讨

运用水下机器人(ROV、AUV)配备的高清数码相机拍摄深海底的视频图像(视频、照片)有其自身的特点,如获取难度较高、覆盖面积小、光照不均匀、特征点少、数据量大等。为了获取整体大范围的海底影像,使海洋科研人员更直观、全面地认识海底微地形地貌,对其底质状况进行分析,以更详细地了解海洋底栖生物的生态环境,需要对这些拍摄的海底视频图像进行拼接处理。本文提出一种基于水下机器人的视频图像拼接流程和处理方法,首先对水下机器人拍摄的海底视频数据进行关键帧提取,得到带时间戳的序列图像;然后导入姿态数据中的偏航角对序列图像进行方位角恢复;最后基于定位数据批量地对经过方位角处理后的序列图像进行拼接和融合匀色,最终获得拍摄范围内的海底全景拼接图像。基于本文提出的图像拼接方法,对某科考航次中获取的视频图像进行拼接处理实验,取得了较好的拼接效果,验证了本文提出的方法的可行性。     

双功型打捞潜水器两型机械手的研制

介绍了装备于我国自行研制的双功型打捞潜水器上的两型机械手的主要技术性能和特点,并就潜水器的工作环境及工作特点,重点阐述了在两型机械手设计、研制过程中的若干技术问题．     

水下自重构机器人Kane动力学建模方法

针对水下自重构机器人构形多变且外部环境复杂等特点,提出了一种通用的、基于构形描述及Kane动力学的建模方法.利用图论中关于拓扑结构的描述方法,建立水下自重构机器人多种拓扑构形的统一数学表达,再结合Kane方法,在模型中加入水下各种外部环境作用力,最终建立封闭的水下自重构机器人运动方程.通过典型构形的建模实例,证明了该方法的可应用性和有效性.
     

智能集成作业系统的控制研究

研究了智能集成作业系统的组成及功能，阐述了智能集成作业系统的传感器配置及关键传感器工作原理、智能控制体系结构、控制系统硬件组成及软件结构等，分析了智能集成作业系统传感器和控制系统的关键技术与特点     

水下距离选通降质图像的增强

针对水下距离选通成像所得图像的噪声大、照度不均匀、对比度差的问题,提出一种二次图像增强方法.首先,对图像采用全局二维双平台直方图均衡化,实现目标、背景、边界信息分别增强的目标,解决直方图均衡化带来的背景噪声提升、灰度简并的孤立性问题;然后,在非迭代引导滤波的框架下用带有估计误差抑制的Retinex算法二次增强图像,实现抑制背景噪声,平衡图像亮度的功能.以图像信息熵、统计评价指标进行对比实验,实验结果表明,该方法信息熵评价指标提升15%,统计评价指标提升28%,噪声抑制指标提升12%,增强效果明显,满足应用要求.      

基于图像熵线性加权的水下图像增强算法

目的 针对工业环境下水下图像受到水中悬浮物影响,从而导致图像的清晰度过低以及对比度过高等问题,提出一种基于图像熵线性加权的水下图像增强算法。 方法 该算法基于图像熵理论对白平衡算法、直方图均衡算法和暗通道先验算法进行线性加权,继而通过实验环境确定调节系数输出高质量图像。 在深度为 1 m、1. 5 m 和 2 m的不同水下环境拍摄图像,对获得的水下图像使用上述三种算法和该算法作对比处理,处理结果通过 PSNR 和UIQM 作为评价指标进行评判。 结果 实验结果表明:使用 PSNR 指标评判该算法,相较于其他三种算法,水深 1 m的水下图像质量提高了 22. 81%,水深 1. 5 m 的水下图像质量提高了 46. 67%,水深 2 m 的水下图像质量提高了38. 94%,图像质量综合平均提高了 36. 14%;使用 UIQM 指标评判该算法,相较于其他三种算法,水深 1 m 的图像质量提高了 1. 02%,水深 1. 5 m 的水下图像质量提高了 0. 73%,水深 2 m 的水下图像质量提高了 1. 82%,图像质量综合平均提高了 1. 19%。 结论 由此可以证明该算法相对于其他传统算法对图像清晰度有着显著提升,并且能够适应不同深度的水下环境,为工业环境下水下图像增强提供了一种新的解决思路。     

四旋翼水下机器人及其矢量角度测试实验分析

为提高水下机器人运行稳定性,降低综合能耗,研究一种矢量推进式四旋翼水下机器人,该机器人的四个水下推进器通过绕OY轴转动,形成矢量推进。针对数据野点问题,以及D/A模块输出误差问题,通过设计一种控制电压闭环缓变调节方法,防止因野点存在而烧毁舵机和推进器,同时减小方差,提高稳定性;通过试验法研究了矢量角度对水下机器人控制性能的影响规律。结果表明：矢量角度小于45°时,艏向定值跟踪实验中,响应速度较快,超调量较大,稳态误差较高,平均功耗较低;同频率艏向动态跟踪实验中,平均误差较高,平均功耗较低;变频率艏向动态跟踪实验中,平均功耗较低;深度定值跟踪实验中,响应速度较慢,超调量较小,稳态误差较低,平均功耗较高,同频率深度动态跟踪实验中,平均误差较低,平均功耗较高;变频率深度动态跟踪实验中,平均功耗较高。矢量角度大于55°时,各项控制性能指标与矢量角度小于45°时相反。可见矢量角度为45~55°时,为控制性能过渡区间。     

控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性

首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统;最后,在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.数值计算结果表明,所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制,文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应.