水下机器人

摘要： 我国是水产养殖大国,养殖产量位居世界第一。仿生机器鱼的投入使用将为水产养殖行业带来新的血液与运作监管模式。相较于传统水产养殖行业,其具有高度机械化、自动化的特点,符合新时代水产养殖行业的发展需求。在水产养殖领域中,研究者除了聚焦水下机器人的制作[1-2]、养殖水质的监测[3-5];还通过搭载摄像头、传感器等设备,监控鱼群状态、水温、pH值和溶氧量[6],不断发展的设备为水下环境的观测与水环境监测提供了方便。国内外许多研究表明,当前水质监测行业中存在设备功能单一的问题,如Karimanzira等[7]为水下机器人装备了导电率、溶解氧传感器,实现了大范围水质监测与水下巡航,但无法与鱼群状态进行匹配;张金泉等[8]设计了一种搭载了视频监控系统的框架式无缆水下机器人,但框架式的设计缺乏灵活性,同时会惊扰鱼群。总体缺乏能够不惊扰鱼群的水质监测设备与鱼群视觉监测装置来科学化地监测水产养殖情况。

摘要： 为降低水下遥控机器人的操作难度,提高其可控性和可操作性,基于Java研制一种水下机器人监控系统。首先介绍水下机器人监控系统的硬件结构,采用Java开发该系统的软件功能结构,包括监视模块、控制模块、特征信息模块和报警模块;然后阐述监控系统软件的通信方式和协议,分别介绍监控系统与主控制板软件流程。实验结果表明,基于Java开发的水下机器人监控系统能很好地协调各模块功能,具备开发周期短、拓展性良好等优点。

摘要： 海上地震采集时采用传统的海面投放方式布放深水海底节点(OBN)时点位偏差较大,无法满足基本的勘探精度要求,因此近年来水下机器人(ROV)被引入到海上地震采集行业。结合非洲东部某近岛海域OBN采集实例,讨论了ROV在深水地震采集应用中的主要环节,包括动态定位船和ROV系统构成及原理,ROV系统在OBN采集节点布放及回收时的质量检测、参数校准方法、深水声波定位方法、点位精度评价方法、实际布放回收效率等。利用初至波二次定位技术,对用ROV布放OBN的坐标精度进行了验证,结果表明ROV可获得较传统海面投放方式精度更高且点位偏移量更稳定的布放效果,但布放及回收效率大大降低。研究结果为ROV在深海或复杂海域OBN地震采集的进一步研究与应用提供了有价值的定量技术评价指标。

摘要： 平原河流河堤与输水渠道的填方段渠堤普遍存在渗漏破坏隐患,渗漏初期不易察觉,一旦形成渗漏通道则难以修复。因此利用精确、高效的渠堤渗漏检测技术对渠堤进行检测,对保障渠道安全意义重大。对此,分类评介钻探取样法、人工探视法与地球物理探测法等传统堤防渗漏检测技术的特点、测试原理、技术适用性,阐述集成人工智能的检测载体新技术--水下机器人的技术优势与特点,在此基础上提出“天-地-水”一体化填方渠道渗漏检测系统新技术设想。论述通过无人机红外成像巡检、热力-水动力耦合溯源、水下声纳机器人声纳成图、探地雷达扫描、5G移动通信技术、检测数据实时传输等多源检测技术,综合实现科学、无损、高效的渠堤渗漏检测,从而为渠道渗漏智能化检测提供新思路。

摘要： [目的]针对外界复杂干扰下水下机器人三维轨迹精确跟踪控制的问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的非奇异终端滑模控制方法。[方法]设计非奇异终端滑模轨迹跟踪控制器,保证跟踪误差在有限时间内精确收敛到零。在外界多维度时变干扰下,设计有限时间扰动观测器,提高系统的抗干扰能力。[结果]利用Lyapunov函数证明所设计控制策略可以有限时间稳定。采用MATLAB进行仿真实验,在阶跃扰动下与反步滑模控制方法仿真对比,表明所提方法可实现轨迹的精确跟踪。[结论]研究结果可为水下机器人的三维轨迹精确跟踪提供解决思路。

摘要： 针对水下机器人模型的不确定性与其在实际运行过程中受到的各种不确定因素的干扰,利用自抗扰控制器不依赖于系统模型参数就可以实时评估和补偿内外部扰动的特点,对水下机器人进行控制。通过对水下仿真机器人系统的仿真验证,发现所设计的控制器具有较为优良的控制性能、较好的鲁棒性和抗干扰能力,具有一定的实用价值及借鉴意义。

摘要： 历经1.4万海里、79天的风浪考验,于2021年7月12日出发的中国第十二次北极科考队圆满完成科考任务,随着“雪龙2”号科考船缓缓停靠在位于上海的中国极地考察国内基地码头,科考队成员连日来紧绷着的神经也逐渐放松。

摘要： 如今,海底节点(OBN)布放过程中通常会采用人工抛放和水下机器人(ROV)精确结合的方式。对于水深小于100 m,流速相对较小,水下地形平坦的区域会采取人工抛放,而水深超过100 m,流速相对较大,水下地形相对复杂的区域则会采用精确布放。但是,ROV精确布放过程中,每次ROV能够携带的OBN数量十分有限,故会影响OBN精准布放的效率。鉴于此,文章针对海底节点(OBN)的深水部分和作业方式进行探讨,在ROV友好式设计理念的基础上,安全、快捷地将OBN从系统中释放出来,使其能够在水下实现连续不间断的布放,避免频繁的回收导致时效出现延误,促进精确布放效率的提升。

摘要： 为了解决水下机器人回收装置容易产生振荡带来的安全隐患,文章以A形架式收放系统为研究对象,分别对收放系统A架式结构组成、基架部分、滑轮部分和液压缸选型计算部分进行了整体方案分析和设计,同时对主要零部件进行材料选择和尺寸设计,并给出具体结构尺寸图。该设计方法提高了水下回收装置工作效率和安全性,可以在不同母船使用,同时该方法亦可以为其他ROV收放系统设计提供参考。

摘要： 姿态调节是决定水下机器人作业能力和运动稳定性的关键,为此针对煤矿抽水蓄能电站水下巡检机器人提出了一种基于全水液压的沉浮和姿态调节一体化系统。该系统主要由对称设置于机器人两侧的姿态活塞缸、变量泵及专用六位六通控制阀组成,传动介质来自机器人外部水体环境,其有沉浮、纵倾、横倾和对角侧倾四种调节状态。沉浮调节为机器人与外界水体的质量交换过程,而在调节姿态时机器人与外界水体交换通道关闭,可确保姿态调节过程中机器人本体始终处于悬停状态,提高了机器人调姿过程的稳定性。在结构创新基础上,推导了机器人重心及姿态角方程,建立了其姿态调节AMESim仿真模型,分析了机器人沉浮和姿态调节过程,并研究了活塞缸总长、间距、直径及浮心z向坐标等参数对姿态角的影响规律。结果表明:增大活塞缸直径、浮心z向坐标、活塞缸总长及活塞缸间距均有助于提高姿态角调节的灵敏性,其中浮心z向坐标越大,则其对姿态角的影响作用越明显,活塞缸直径越大,则其对纵倾姿态角的影响越小,而活塞缸总长仅对纵倾姿态角产生影响,活塞缸间距仅对横倾姿态角产生影响;且经过优化,机器人的最大纵倾姿态角和横倾姿态角分别可达78.46°和达68.20°。提出的基于全水液压的沉浮和姿态调节一体化系统具有结构紧凑、调节方便、节能环保等诸多优点,研究结果为后续沉浮及姿态调节系统的研制奠定了理论基础。

摘要： 为提高水下机器人运动控制品质,本文将PID控制与模糊逻辑控制相结合.PID控制器作用于被控对象,控制器中的比例、微分、积分因子通过模糊逻辑方法得到.将所设计控制器应用于某水下机器人的航向控制,仿真结果和模型试验结果表明,所设计的控制器从响应速度和精度方面都达到了良好的控制效果.

摘要： 介绍了目前国内外水下机器人的发展现状,并通过在长江中下游河段开展的水下机器人应用试验,从水深、可视性和流速等方面,对水下机器人的应用进行了初步分析.

摘要： 电子舱是水下机器人的重要组成设备,对其设计过程中,准确预报其耐压壳体的强度及其稳定性至关重要.利用ANSYS软件对电子舱承压壳体的稳定性和工作应力进行了计算,将分析结果与实际情况对比,验证了分析的正确性.

摘要： 介绍了一种用LabVIEW编写的基于NI RT控制器的水下机器人控制系统软件.这套软件用于实现控制系统的人机交互、数据记录与显示、上下位机之间的数据通信,以及对水下机器人的实时控制.软件采用LabVIEW经典的生产者-消费者模式,通过设置循环的优先级和执行时间,保证软件在读取状态数据的同时,可以实时完成对机器人主体的控制.

摘要： 随着水下机器人推进技术的不断发展,新型推进方式正逐渐替代传统推进方式.介绍了传统导管式螺旋桨固定方向推进方式和新型的喷水推进、矢量推进、仿生推进技术,分析了新型推进方式的优势,以及未来水下机器人推进技术的发展趋势.

摘要： 海洋牧场作为一种现代化的养殖模式,需要实时观测鱼类生长环境和状况,传统的海事浮标存在局限性,水下机器人因其安全、高效、灵活作业等特性已经成为水下观测、海底打捞以及海洋勘测的重要工具.而水下机器人在水下会受到水压的影响,其耐压壳的设计就显得尤为重要.本文主要针对海洋牧场的观测型水下机器人耐压壳进行设计分析.重点对ROV进行了选型设计,利用屈曲理论计算耐压壳在该设计尺寸下的临界壁厚,并通过数值模拟对所设计的耐压壳进行仿真分析,得出的临界壁厚结果与理论分析相一致.

摘要： 以水下机器人在潜水打捞中的研究与应用为课题,简要阐述了水下机器人的概论和分类,分析水下机器人的国内外研究现状.主要从它的关键技术、应用方面介绍水下机器人,举实例说明水下机器人在潜水打捞中的应用,进一步阐述了水下机器人作业的程序以及它对潜水打捞的应用,分析了目前水下机器人在潜水打捞方面的缺点和不足.得出结论:水下机器人对于潜水打捞具有很重要的作用,可以通过提高水下机器人的稳定性、高效性以及续航能力,来提高其应用的全面性以及作业效率.

摘要： 为满足某水下机器人的视频记录需求,以海思系列专业视频处理芯片为依托,采用嵌入式方式开发了6路高清SDI视频录像机.硬件采用HI3531+HI3532的主从级联应用模式,使用PCIE实现主从芯片间的控制通信和码流传输.功能上完成了6路高清SDI视频的录像记录、视频回放、多OSD叠加,菜单功能简单实用,界面美观.

摘要： 牢固可靠的水下生根是提高水下机器人(ROV)作业效率的关键.首先对步进电机-滚珠丝杠驱动负压吸附结构进行了研究,设计了一型可用于水下负压吸附的内部充油双对置活塞结构,并对提高端面密封性能的多唇边密封结构进行了形状设计,其次推导了实现可控吸附结构的力学模型并进行了计算分析,最后建立了可控水下负压吸附结构功能实现的流程.研究结果可为水下可控可靠吸附结构的硬件实现提供参考.

摘要： 首先介绍水下工程检测技术的基本定义、重要性和发展历史;然后选取几个典型的水下工程检测技术进行简介,包括:水下光学成像技术、水下声学探测技术、磁探测技术和水下机器人技术,其中水下声学探测技术应用最为广泛,对其中的侧扫声呐、多波束、浅地层剖面仪进行重点介绍;之后,选取两个实例对水下工程检测技术进行介绍;最后在结语方面,介绍水下工程检测技术在其他多方面的应用以及对水下检测技术将来发展的一些看法.

摘要： 本发明涉及一种水下机器人供能系统、水下机器人及水下机器人群系统，本水下机器人供能系统中水下机器人的首端设有机械手，其末端设有夹持端，以及水下机器人内设有充放电控制模块；其中机械手、夹持端内设有通电回路触点，以及各通电回路触点均连通充放电控制模块；充放电控制模块适于通过相应通电回路触点实现对水下机器人内锂电池进行充电或放电；本发明能够提高水下行进效率，降低行进过程中的电能消耗，并且使电能能够均匀分配至各水下机器人，延长续航时间，并且通过三阶段分步靠拢方式，克服了水下情况复杂，范围宽广的工作特点，采用三种通信方式满足了水下机器人在不同间距下完成汇聚。

摘要： 一种水下机器人履带行走底盘及水下机器人，所述水下机器人履带行走底盘包括：车架，用于安装水下机器人；履带轮组件，用于驱动所述车架；防水电机，用于为所述履带轮组件提供动力；所述防水电机设置于所述履带轮组件上，且与其连接；柔性悬挂组件，用于柔性连接所述车架和所述履带轮组件；所述柔性悬挂组件的第一端与所述车架连接而第二端与所述履带轮组件连接。本申请底盘采用柔性悬挂组件连接车架和履带轮组件，结合轮式底盘柔性悬挂结构和履带式底盘接地比压小的特点，且柔性悬挂组件的刚度可调，对于较软的海底沙滩和崎岖复杂的水下路面都具有良好的适应性；车架采用框架结构焊接而成，更加容易添加功能模块。

摘要： 本发明涉及一种水下机器人供能系统、水下机器人及水下机器人群系统，本水下机器人供能系统中水下机器人的首端设有机械手，其末端设有夹持端，以及水下机器人内设有充放电控制模块；其中机械手、夹持端内设有通电回路触点，以及各通电回路触点均连通充放电控制模块；充放电控制模块适于通过相应通电回路触点实现对水下机器人内锂电池进行充电或放电；本发明能够提高水下行进效率，降低行进过程中的电能消耗，并且使电能能够均匀分配至各水下机器人，延长续航时间，并且通过三阶段分步靠拢方式，克服了水下情况复杂，范围宽广的工作特点，采用三种通信方式满足了水下机器人在不同间距下完成汇聚。

摘要： 本申请涉及一种水下机器人的定位系统、定位方法及水下机器人组件。水下机器人的定位系统包括：浮标、深度传感器和处理模块，浮标包括：浮标定位模块，用于确定浮标的位置；线缆，用于连接水下机器人；张力缆轴，线缆缠绕在张力缆轴上，张力缆轴使延伸出的线缆保持张紧；计米器，计量延伸出的线缆的长度；角度传感器，用于检测延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角；深度传感器用于检测水下机器人的下潜深度；处理模块用于确定水下机器人的位置。本申请通过浮标位置叠加水下机器人相对浮标偏移的位置确定水下机器人的位置，实现对水下机器人低成本、高精度的定位。

摘要： 本申请公开了一种水下机器人系统、科考船及水下机器人的布放回收方法，水下机器人系统包括水下机器人和布放回收装置，布放回收装置包括转动架和止荡器，止荡器与转动架铰接，水下机器人或与水下机器人相连的中继器设有定位凸部；止荡器包括基座、第一锁止件、第二锁止件和驱动机构，第一锁止件和第二锁止件均与基座活动连接，第一锁止件的一端设有第一夹持部，第二锁止件的一端设置第二夹持部，驱动机构与第一锁止件和第二锁止件中的至少一者相连；在第一锁止件和第二锁止件沿第一方向相对运动的情况下，第一夹持部和第二夹持部共同夹持定位凸部；在第一锁止件和第二锁止件沿第二方向相对运动的情况下，第一夹持部和第二夹持部与定位凸部分离。

摘要： 本发明提供了一种用于水下机器人的回收方法、回收装置及水下机器人，解决了水下机器人无法自主回收的问题。所述用于水下机器人的回收方法，应用于无人船一侧，包括：接收返航任务；持续发送第一定位信息以引导所述水下机器人靠近；判断所述水下机器人是否在第一预设位置范围内，若所述水下机器人在第一预设位置范围内，发送第二定位信息；判断所述水下机器人是否对接完成，若对接完成，回收所述水下机器人。

摘要： 本发明提供一种水下机器人浮力调节装置，包括浮力材料、移动装置；所述浮力材料固定在所述移动装置上，所述移动装置通过改变所述浮力材料的位置主动调节水下机器人自身浮力作用位置和位姿。本发明提供的水下机器人浮力调节装置，使得搭载了这种装置的水下机器人与传统水下机器人相比，可在水下工作时调节其自身浮力施加位置，这样做的好处是，可以改变水下机器人在平衡无动力状态下的身体姿态或抵消水下机器人因搭载的装置如机械臂的运动导致浮心的变化。此外，该装置中可替换的可动浮力材料能够通过调整浮力材料的大小或密度，让机器人在不同盐度的水下环境都可以达到零浮力的平衡状态。

摘要： 本发明提供了一种基于超声波雷达的水下机器人路径规划方法及水下机器人，用于对水下机器人在池底的水下行驶路径进行规划，路径规划方法包括水下机器人放入池底的任意位置；水下机器人启动，就近寻找并行驶至池边靠墙位置；定义池边靠墙位置为初始位置，水下机器人沿池底池边行驶；将水下行驶路径与池底3D模型比对，判断水下机器人当前位置；以水下机器人当前位置为行驶原点，并基于池底3D模型将池底划分为多条依次连接的回形路径，完成水下机器人路径规划。本发明设计的路径规划方法能够实现池底的水下机器人准确定位、快速高效的进行作业、保证作业质量、减少水下机器人损耗的目的。

摘要： 本实用新型属于水下机器人技术领域，具体公开了一种水下机器人镜头舱装置，包括舱体、设置于舱体端部的镜头组件、以及用于舱体与镜头组件相连接的快拆结构；舱体的端部设置有定位凸缘，镜头组件的下盖与定位凸缘配合后通过快拆结构相连接。以此结构设计的水下机器人镜头舱装置，不仅结构连接稳定可靠，而且方便镜头组件在无工具条件下拆装，继而使得用户根据不同的使用环境或需求更换匹配的镜头组件；此外，本实用新型还提供了一种水下机器人，该水下机器人通过镜头组件与舱体之间的快拆结构的设置，有效提升水下机器人更换镜头组件时的便捷性，继而给水下机器人的使用也带来了较大的便利。

摘要： 本实用新型涉及一种水下机器人紧急上浮装置及水下机器人，包括密封耐压舱体，密封耐压舱体上设有电磁铁、配重块、浮力块、气囊及充气机构，所述电磁铁与密封耐压舱体固定，电磁铁通电将配重块吸合在密封耐压舱体外部，所述充气机构包括充气口，气囊固定在密封耐压舱体外部且与充气口连通，气囊与充气口连通处设有电控阀；所述浮力块固定在密封耐压舱外部且用于平衡配重块；优点为：当遇到故障时，可以通过主动停止电磁铁工作或被动断电导致电磁铁工作的方式进行抛载作业，使水下机器人整体浮力大于重力从而自动上浮，此外还能打开电磁阀向气囊内充气，提升浮力，增加水下机器人上浮的速度，降低由于机器人故障失控以及上浮过程中产生的风险。