基于传感网络的水下机器人控制器设计

由于水下机器人在水下受到不定水流的干扰,机器人控制器缺陷较大。设备并实现了一种以传感网络配合模糊控制理论的水下机器人控制器。利用频率为20khz的超声波传感器网络组成控制器中的距离测量模块,对水下机器人测量方位和运动速度进行测量,给出了测距过程,主控模块以S3C2410嵌入式主控芯片为主,配合神经网络算法对障碍物进行判断,设计了详细的判断过程,提高机器人水下避障性能。以M3型水下机器人作为测试对象,测试结果说明控制器可以较高完成工作,达到应有水平。     

基于双目立体视觉的水下RGB-D相机

为满足水下机器人水下目标识别、精细作业的需要,研制了一种融合3D点云和二维RGB图像为一体的RGB-D水下相机工程样机.针对水下环境的特殊性,考虑水下多层折射效应,建立水下相机成像及双目立体成像模型.将水下图像转换为空气中的图像来消除折射对重建精度的影响,进行对应点像素匹配,重建3D点云.采用基于颜色校正和暗原色先验的...     

基于OpenCV的水下机器人单目定位技术研究与仿真

针对水下机器人自主回收对接时的定位问题,提出了一种基于OpenCV的单目定位技术研究与仿真方法。首先确定回收装置回收侧的光源标记点信息;借助OpenCV算法库,通过对水下机器人自带摄像机的标定,得出反应摄像机固有信息的内参数;通过摄像机对回收装置光源标记点的识别,得出光源标记点在图像上的像素坐标,结合其世界坐标,得出反映回收装置在摄像机坐标系下位置和姿态关系的平移和旋转向量,进而确定水下机器人在回收装置坐标系下的位置和姿态信息。最后运用CATIA软件对摄像机拍摄模型进行建模和仿真,结果表明,本文所提方法不仅能快速地获得水下机器人的位置和姿态信息,而且定位精度高,满足水下机器人在自主回收对接时的设计要求。     

水下电视系统研制中的技术难点及解决方法

水下电视是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收,使光学成象方法在水下环境中的使用受到了限制,同时由于使用环境的特殊性,使水下电视系统的设计和研制较陆上电视系统有更大的难度。本文指出了主要的技术关键及设计与使用水下电视系统时需注意的问题,最后给出了水下电视系统研制的实例。     

基于信息增益率的WNB水下机器人故障分类

提高故障诊断能力对于确保水下机器人系统的稳定运行具有重要意义,故障分类是目前水下机器人故障诊断所面临的一个重要问题。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于信息增益率的加权朴素贝叶斯故障分类算法。首先,计算故障训练样本的先验概率,将各属性的信息增益率作为权值;其次,构建基于增益率加权的朴素贝叶斯分类模型;然后,对检测的故障数据利用分类模型获取具有最大后验概率的故障模式,实现故障分类。与朴素贝叶斯算法和决策树算法相比,仿真实验结果表明基于信息增益率加权的朴素贝叶斯算法的分类成功率更高,能够有效地实现水下机器人的故障分类。     

基于ODDD水下机器人故障诊断方法

近年来数据挖掘技术的快速发展使得利用水下机器人作业过程中积累的大量数据进行故障诊断成为可能。基于数据挖掘的故障诊断技术能够从数据中获取潜在的诊断知识。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于聚类和距离的离群点检测方法(Outlier Detection based on DBSCAN and Distance,ODDD)。首先,对数据进行粗聚类,然后采用剪枝规则进行离群点检测,来实现故障诊断。仿真实验结果表明算法能够实现水下机器人快速有效的故障检测。     

基于逆模型的混合驱动水下滑翔机垂直面控制

混合驱动水下滑翔机（Hybrid-driven underwater gliders ,简称HDUGs)是集无人自治水下机器人（Automomous Underwater Vehicles ,简称 AUVs）和水下滑翔机（Autonomous Underwater Gliders,简称 AUGs）于一体的新型水下机器人。由于HDUGs是非线性、强耦合,且受到海流、结构不确定等因素的影响,为了克服这些问题,针对混合驱动水下机器人工作在混合模式下,对其垂直面提出了一种基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法,该方法将原始系统解耦为两个单入单出的线性系统,仿真结果证明了该方法具有良好的控制性能,而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。     

基于VxWorks的水下机器人通信系统设计

针对水下机器人（ROV）在深海高噪声干扰环境中工作的特点,设计了一套基于VxWorks实时操作系统的ROV整体通信系统,实现了水下核心控制器对水下分系统快速高效的信息采集和数据分配,水下系统和水面控制器稳定实时的数据交换;硬件方面设计了以CAN总线为基础的水下通信系统,通过FPGA实现了CAN总线和PC104总线之间的时序逻辑转换,软件方面设计了基于TCP/IP协议栈的水面操控台和ROV之间的网络通信方式和水下各系统之间的CAN总线通信方式,着重介绍了基于缓冲队列的网络通信编程;通信系统数据测试实验表明：CAN总线通信和网络通信均具有良好的实时性和可靠性,满足最初的设计需求,而且采用模块化设计,便于维护和移植。     

海洋气泡对水下量子通信性能的影响

随着水下无线通信的发展,关于海洋环境量子通信的研究也逐渐成为热点。其中,研究海洋气泡对光量子在水下传输的影响具有重要意义。为了研究海洋气泡对水下量子通信信道性能的影响,根据海洋气泡的粒径分布模型,研究了气泡的散射特性,并根据气泡的消光系数,分析了不同条件参数对链路衰减、纠缠度、信道容量以及信道误码率的影响,并进行了仿真实验。结果表明：气泡浓度和传输距离的增大,使链路衰减和误码率增加,对于幅值阻尼信道、退极化信道和比特翻转信道,其信道容量均有所减小;随着气泡半径的增大、深度的减小,信道纠缠度降低。由此可见,海洋气泡对量子通信性能的影响不可忽略,在实际应用中为了保障水下量子通信的传输效率,应适当调节水下量子通信相关参数,减小海洋气泡环境对通信系统的影响。     

基于灰色预测和KID离群点检测的AUV故障诊断

提高故障诊断能力对于确保水下机器人AUV系统的稳定运行具有重要意义。针对水下机器人推进器系统,提出一种基于离群点检测的AUV故障检测方法。首先,将传感器采集的数据进行灰色预测处理;然后,提出了一种结合K-mean和DBSCAN的改进迭代聚类(Iterative K-mean DBSCAN,IKD)算法进行离群点检测;最后,与K-mean和DBSCAN算法相比,仿真实验结果表明基于灰色预测和KID离群点检测算法的故障检测准确率高,能够有效地实现水下机器人AUV的无监督故障诊断。     

基于滑模理论的水下机器人定深控制算法研究

水下机器人操控性能指标中对定深控制性能有较高要求,而水下机器人的运动具有强的非线性和耦合性,使得不同航速下的定深控制成为难点。建立了水下航行器的运动学模型,基于滑模理论设计了深度控制器和纵倾控制器,在MATLAB SIMULINK环境下搭建了深度控制仿真系统,数值仿真结果表明：滑模变结构控制器对于不同航行条件具有较强的适应性,同时深度的控制效果明显优于PID控制器。     

基于神经网络的水下机器人力控策略研究

水下机器人抓取物体时,物体与指尖存在力控制问题,但是由于动力学模型、被抓取物体位置和刚度的不确定性,采用传统阻抗控制方法不具有鲁棒性,因此对基于位置的神经网络阻抗控制方法进行了研究,构建了基于位置的神经网络阻抗控制器,采用三层前向反馈神经网络构建补偿器结构,基于 BP算法和Delta学习规则,得到了反向传播的更新规则;该神经网络控制系统具有很强的自适应性,可以很好地完成机器手抓取物体的任务;在水下机器人单手指上分别对软性材料(泡沫)和硬性材料(木块)施加5N恒定力进行反复的实验,结果表明,该方法具有较好的补偿和控制效果,为水下机器人的准确抓握和合理操作奠定基础。     

基于μC/OS-II水下异物打捞机器人控制系统的设计

核电站日常运行或大修期间进行水下作业时,普遍存在检测不直观、异物无意跌落等问题,对堆芯回路及燃料组件造成影响,导致大修周期变短、时间变长、资源耗费严重;针对这些问题,该文提出了一种基于μC/OS-II嵌入式操作系统的核用水下异物打捞机器人的设计方法;硬件上将各功能节点模块化,采用RS485总线通讯方式,便于系统扩展及维护;软件上将μC/OS-II嵌入式操作系统移植于微处理器中,实现了系统的实时性,同时增强了系统的鲁棒性和冗余性;现场水下试验证明,该打捞机器人具有较强的可靠性,同时也验证了该设计方法的可行性和有效性。     

水下成像光学系统设计1长春理工大学光电信息学院，吉林长春1300122中国中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062

在对目前水下成像系统现状进行调研后,分析了影响水下成像距离和成像质量的主要因素,即后向散射。突破了传统水下成像系统分视场、多探测器的成像方式,利用光学设计软件Zemax设计了一款大相对孔径、大视场的水下成像光学系统。系统只采用一个光电探测器,波长486 nm~656 nm,相对孔径1/1.8,视场角120°,采用9片透镜,无非球面,简化了透镜加工过程及成本。中心视场的艾里斑尺寸3 μm,在奈奎斯特频率60 lp/mm,时,各视场的调制传递函数曲线均高于0.7。同时,对大视场系统产生的高畸变进行校正,畸变小于5%,成像质量很好。此系统可广泛应用于水下探测、海洋开发、海底资源勘探、水下反恐等领域。     

美研发靠海水热能驱动的水下机器人

美国航天局最近展示了一款主要依靠海水热能驱动的新型水下机器人．这款名为“SOLO—TREC”的水下机器人由美国航天局喷气推进实验室、美国海军、斯克里普斯研究所和特莱丁一韦布研究公司联合研发．机器人主要靠不同深度的海水温度存在差异的特点来发电驱动．     

声呐技术在水下机器人中的应用

自从世界上第一艘水下机器人(又名无人遥控潜水器,于1953年问世后,随着海洋工程、海上石油开采、救助、打捞、水产养殖和海上军事工程等的迫切需要,水下机器人得到迅速的     

参量阵水下通讯

一、引 言 随着海洋开发和水下潜艇航行的需要,水下信息的传送已成为日益重要的问题.对于潜艇水下通讯、深海水下摄象及水下电视的长距离无线传输,声波是一种有效的传输工具。通常的线性声学水下声通讯系统存在着指向性与传送距离的矛盾。为了减少多径干扰,必须提高发射器的指向性,亦即提高工作频率,从而就要牺牲作用距离。     

利用多途时延的被动目标定位方法

本文研究了在海洋波导环境中利用多途时延信息进行水下目标被动定位的方法。理论分析了在等声速理想海洋波导环境中,多途时延信息随时间变化的规律及其与目标运动状态之间的联系。分析结果表明,不需要已知声线类型而仅利用多途时延信息即可实现浅海波导环境中水下目标的被动定位。利用多途时延信息,当有两条声线到达时可以估计运动目标的归一化径向速度;当有三条声线到达时,可实现水下运动目标距离、径向速度的估计。最后利用仿真和实验数据对上述结论进行了验证。     

太湖梅梁湾水下光场扰动的特征分析

在水体表面波的扰动作用下,水下光场随深度呈现较为明显的波动现象,且水中光合作用会对水下光场波动作出响应,因而此现象引起了广泛的关注。基于太湖梅梁湾观测的水下光场数据,计算了水下光场随深度的变化,并分析了其波动特征。结果表明:表面波引起了水下光场较为明显的波动现象,波动振幅最大的深度基本小于20 cm,远小于海洋中对应的深度;水下光场波动的振幅随深度呈e的负指数衰减,漫射消光系数越大,水下光场的波动衰减得也越快;当深度大于30 cm时,水下光场的扰动现象基本消失。还计算了船舶对水下光场观测的影响,发现直射光未被遮挡的情况下,漫射比例越高,其相对误差越大。     

一个新型的水下实况微光高速电视记录系统

介绍了一个新型的水下实况微光高速电视记录系统在船上或岸上使用该系统的控制系统,可对该系统的水下成像系统进行远程控制,并通过该水下成像系统得到水下运动目标的水下常速电视图像、水下高速电视图像和水下微光高速电视图像该系统的工作水深可达水下50m.