摘要：为了实现自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)稳定、准确、高效地完成水下对接,提出一种导向罩开合式水下对接装置。针对该装置对接结构的特征所决定的AUV入坞运动的控制要求,考虑到在入坞阶段前向运动起主导作用,分别建立了在静对接、悬浮对接和拖曳动对接三种应用场景下AUV对接系统的动力学仿真模型,重点分析了AUV对接系统在对接时受到的水动力和碰撞力。基于ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system,机械系统动力学自动分析)和控制仿真软件MATLAB/Simulink联合搭建的水下对接仿真系统,进行在不同接驳控制方案下静对接、悬浮对接和拖曳动对接效果的仿真分析与对比。分析结果表明:在位置-速度闭环控制下,对接能耗、碰撞次数和最大碰撞力均为最小,对接耗时比传统的位置闭环控制减少约50%;在拖曳动对接场景下,在位置-速度闭环控制下对接系统实现了良好的变速跟踪,有利于AUV快速对接。该AUV水下对接系统适用于不同的对接场景,方便无人艇搭载并对AUV进行布放与回收,有利于革新海洋无人系统跨域协同作业模式。

摘要：针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。

摘要：许多应用场合要求水下自主航行器(AUV)与水下移动平台对接来实现能源补充和信息交换功能。针对欠驱动AUV与移动平台的水下对接问题,采用主从式同步跟踪策略,提出AUV接收目标的状态信息并控制自身位置与目标保持一致的控制方法,从而将AUV水下对接的问题转化为AUV与移动目标保持同步运动的问题。在给出移动目标和AUV的水平面线性化动力学模型基础上,设计了在常值海流影响下,欠驱动AUV同步跟踪由卡尔曼算法估计的目标运动轨迹的滑模控制器。使用Lyapunov稳定性理论证明了离散滑模控制器的稳定性,并使用仿真实验验证该控制方案的有效性。

摘要：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。

摘要：针对水下机器人对接过程中近距离引导定位的问题,为实现准确可靠的水下对接,设计了一种基于神经网络的水下对接引导算法。算法主要分为两部分:1)检测部分,该检测算法区别于传统的图像处理,基于YOLOv3的神经网络,加入DenseNet思想,实现了一种鲁棒性强,可靠以及准确率高的目标检测算法。区分了目标物与无关背景信息,用于提供水下对接站在二维图像下的位置信息。2)位姿估计部分,用于恢复水下机器人与中继器之间的相对位置信息,从而能够根据相对位置信息,完成近距离的水下对接引导。经过实验对比分析,验证了算法的可行性,并证明了改进的目标检测算法能够更精确地完成对中继器的位置检测,提高了对位姿估计的准确率。

摘要：随着现代海洋技术的不断发展,无人水下航行器(UUV)水下对接技术成为近年来研究的热点问题。在水下对接系统中,声导引技术作用距离远但精度低,光导引技术精度高但作用距离近。文中提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度水下对接声导引技术,可以实现从较远距离以声导引的方式高精度导引至光导引的作用距离内。通过仿真试验与消声水池试验验证结果表明,该方法可以提供可靠有效的导引数据,满足精度要求,可为水下对接系统设计提供参考。

摘要：在交会对接技术中,水动力特性对ROV(遥控机器人)作业的安全性与稳定性非常重要,因此,需要对ROV不同航行模式与机械臂作业模式下的水动力特性进行仿真计算。首先基于ROV的结构与运动模式分析确定ROV的计算工况,主要包括直航、横移、升沉运动下的工况,根据ROV不同工况下的模型,确定流域与边界条件并合理划分网格;流场仿真计算模型主要采用了标准k-ε模型、标准壁面函数、simple算法来求解压力、速度耦合方程组,离散的代数方程用green-gauss cell based法进行求解,对于流项中的压力均采用standard方式相差值,离散动量、湍动能、湍动耗散率均可以采用二阶迎风格式来进行计算。计算收敛,得到rov不同航行模式下胡水动力系数,为rov的具体设计、部件选型与运动控制提供数据支撑。

摘要：介绍了深潜救生艇水下对接的捕捉机械手，提出了该机械手的作业策略，设计了捕捉机械手的位置／位置控制系统，给出了系统的硬件框图和软件设计要点．

摘要：以便携式自主水下机器人(AUV)和罩式导向对接平台的水下对接过程为研究对象,将碰撞力大小和对接时间作为评价指标,研究导向罩形状、对接管尺度以及AUV与对接管的偏心距对整个对接过程的影响。在三维建模的基础上,使用ADAMS软件进行动力学仿真分析,结果表明,减小导向罩开口角度、增大对接管直径、减小偏心距可以适当减小碰撞力和对接时间。通过对上述影响因素与评价指标建立函数关系,利用多目标优化设计的方法并结合实际情况对参数做出合理的分析和筛选,为水下机器人对接平台提供设计依据。

摘要：为了解决失事水下运载器在海况恶劣且纵横倾角过大情况下进行水下对接极为困难的问题,提出了一种具有活动转裙的新型水下对接装置。研究了活动转裙转动关节的结构形式,阐明了转裙的密封原理,利用有限元方法对转裙耐压球壳强度及密封过程进行了分析,推导了对接过程中活动转裙的运动学方程,分析结果表明了该设计的可行性。利用该装置,救生运载器能够以抵御海流的最佳角度进行对接,从而为在大倾角、高海流、低能见度工况条件下的安全、准确、快速对接提供了保障。