小型无人有缆遥控水下机器人智能控制方法 被引量：3

1

作者 黄兆军 曾明如 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第7期34-38,53,共6页

针对深度确定性策略梯度(DDPG)算法应用于无人有缆遥控水下机器人(ROV)运动控制时存在的坏样本影响学习稳定性、缺少环境探索能力以及学习时间长难收敛等问题,从神经网络结构、噪声引入和融合监督学习3个方面对DDPG算法进行改进,并提出... 针对深度确定性策略梯度(DDPG)算法应用于无人有缆遥控水下机器人(ROV)运动控制时存在的坏样本影响学习稳定性、缺少环境探索能力以及学习时间长难收敛等问题,从神经网络结构、噪声引入和融合监督学习3个方面对DDPG算法进行改进,并提出了基于混合神经网络结构和参数噪声的监督式DDPG算法。仿真结果表明,监督式DDPG算法比常规DDPG算法和传统比例-积分-微分(PID)算法更加有效。 展开更多

关键词 深度确定性策略梯度算法 混合神经网络 参数噪声 监督学习 无人有缆遥控水下机器人 运动控制

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双控制方式下带缆水下机器人轨迹跟踪与水动力响应分析 被引量：1

2

作者 陈东军 吴家鸣 拜永征 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期967-980,共14页

本文首先根据已有的脐带缆运动控制方程,通过引入与工作船和水下机器人连接点处边界条件和速度耦合关系,与水下机器人运动方程一同构成完整的水动力数学模型;其次提出收放脐带缆的前馈-反馈控制方法和调节螺旋桨转速的增量式PID(Proport... 本文首先根据已有的脐带缆运动控制方程,通过引入与工作船和水下机器人连接点处边界条件和速度耦合关系,与水下机器人运动方程一同构成完整的水动力数学模型;其次提出收放脐带缆的前馈-反馈控制方法和调节螺旋桨转速的增量式PID(Proportion Integration Differentiation)算法,建立完整的带缆水下机器人系统水动力与控制模型;最后对所提出的模型进行数值模拟实验验证与运动控制操纵下的水动力分析。数值计算结果表明:本文所提出的带缆水下机器人系统水动力与控制模型是有效可靠的,垂向运动控制过程中,水下机器人纵摇角、横摇角和沉深的模拟值与实验值最大误差分别为2°、1°和-50 mm;对于PID算法,调节螺旋桨转速控制水下机器人对给定位置信息的跟踪响应效果,模拟值与实验值相差均不大;轨迹跟踪模拟计算沿水平(X轴)方向和竖直(Z轴)方向最大相对误差分别为10%和15%;水下机器人竖向(沿Z轴)运动主要由调节脐带缆长度的前馈-反馈策略决定,沿水平(X轴)方向的运动主要由调节螺旋桨转速的PID算法控制;机器人水动力载荷受其周围流场变化的影响,而流场的变化主要由机器人运动速度的改变和螺旋桨转速变化二者共同决定。 展开更多

关键词 运动方程 水动力与控制模型 带缆水下机器人 前馈-反馈控制 PID算法

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带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析 被引量：22

3

作者 吴家鸣 郁苗 朱琳琳 《船舶力学》 EI 北大核心 2011年第8期827-836,共10页

提出了一种新型的带缆水下机器人系统三维水动力数学模型。在该模型中脐带缆的控制方程由脐带缆任一微段中的力的平衡条件导出,在此基础上以该脐带缆的控制方程为核心,通过引入脐带缆与水下机器人连接点的边界条件而建立起整个系统的三... 提出了一种新型的带缆水下机器人系统三维水动力数学模型。在该模型中脐带缆的控制方程由脐带缆任一微段中的力的平衡条件导出,在此基础上以该脐带缆的控制方程为核心,通过引入脐带缆与水下机器人连接点的边界条件而建立起整个系统的三维水动力学数学模型。数值模拟中作用在机器人主体上的水动力载荷和旋转导管螺旋桨的控制力在考虑了它们之间的相互影响基础上以计算流体力学方法求出。该模型的主要特点是克服了现有的带缆水下机器人系统水动力数学模型将系统各组成部分割裂处理、缺乏从系统整体理论框架中去观察脐带缆、水下机器人主体和螺旋桨推进器水动力特征的缺陷,从一种综合、整体的观点去观察分析带缆遥控水下机器人的动力状态。水下机器人在导管螺旋桨作用下回转运动的数值模拟结果表明,利用所建立的数学模型可以对带缆水下机器人水动力状态进行有效的数值模拟。 展开更多

关键词 水下机器人 脐带缆 导管螺旋桨 CFD 水动力

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控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性 被引量：10

4

作者 吴家鸣 崔寅 +2 位作者 邓威 伍力 马志权 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期150-157,共8页

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... 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. 展开更多

关键词 带缆遥控水下机器人 水动力特性 模糊神经网络 轨迹控制 姿态控制 数值计算

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遥控水下机器人脐带缆收放绞车设计及牵引力分析 被引量：17

5

作者 康守权 张奇峰 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2010年第1期117-120,共4页

脐带缆收放技术是有缆遥控水下机器人的一项关键技术,该技术直接影响水下机器人载体的收放及作业过程中脐带缆的安全。针对目前水下机器人收放系统中脐带缆收放技术的特点,给出了一种具有自动排缆、低张力缠绕、能够提供大牵引力和安全... 脐带缆收放技术是有缆遥控水下机器人的一项关键技术,该技术直接影响水下机器人载体的收放及作业过程中脐带缆的安全。针对目前水下机器人收放系统中脐带缆收放技术的特点,给出了一种具有自动排缆、低张力缠绕、能够提供大牵引力和安全制动功能的紧凑新式脐带缆绞车方案,并对牵引绞车与储藏绞车之间脐带缆张力与牵引绞车的牵引力进行了理论分析,给出了二者之间的关系函数。 展开更多

关键词 水下机器人 脐带缆 收放系统 牵引绞车

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从有缆遥控水下机器人到自治水下机器人 被引量：43

6

作者 封锡盛 《中国工程科学》 2000年第12期29-33,58,共6页

文章给出了水下机器人的定义 ,依据定义进行了分类 ,简要回顾了几类重要水下机器人的进展 ,指出了无人无缆自治水下机器人 (AUVs)是当今水下机器人研究与开发的热点 ,介绍了最近 2 0年沈阳自动化研究所与国内外有关单位合作 ,在水下机... 文章给出了水下机器人的定义 ,依据定义进行了分类 ,简要回顾了几类重要水下机器人的进展 ,指出了无人无缆自治水下机器人 (AUVs)是当今水下机器人研究与开发的热点 ,介绍了最近 2 0年沈阳自动化研究所与国内外有关单位合作 ,在水下机器人领域从无人有缆遥控水下机器人 (ROVs)到AUVs的研究开发工作 ,它从一个侧面反映了我国在这一领域的进展情况。 展开更多

关键词 水下机器人 潜水器 海洋开发 海洋工程 有缆遥控水下机器人 自治水下机器人

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有缆水下机器人主动升沉补偿控制研究 被引量：6

7

作者 杨文林 张艾群 +1 位作者 张竺英 魏素芬 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第23期2777-2781,共5页

针对母船的升沉运动影响有缆水下机器人的释放与回收的工程实际需求,提出了利用液压绞车降低中继器的升沉速度来实现水下机器人主动升沉补偿控制的方法,来提高水下机器人释放与回收的安全性能。建立液压绞车的数学模型并设计主动升沉补... 针对母船的升沉运动影响有缆水下机器人的释放与回收的工程实际需求,提出了利用液压绞车降低中继器的升沉速度来实现水下机器人主动升沉补偿控制的方法,来提高水下机器人释放与回收的安全性能。建立液压绞车的数学模型并设计主动升沉补偿前馈控制器。水下机器人主动升沉补偿实验表明液压系统的非线性降低了液压绞车主动升沉补偿前馈控制的升沉补偿效率。针对液压绞车的非线性特性,设计了液压绞车主动升沉补偿预测控制算法,仿真实验表明基于液压系统参数辨识的液压绞车主动升沉补偿预测控制可以得到较高的升沉补偿效率。 展开更多

关键词 有缆水下机器人 主动升沉补偿 液压绞车 预测控制

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基于超短基线的缆控水下机器人动力定位 被引量：9

8

作者 黄俊峰 邢志伟 李一平 《控制工程》 CSCD 2002年第6期75-78,共4页

动力定位 (DynamicPositioning(DP) )技术是水下机器人的关键技术之一。因此针对当前动力定位主要在缆控水下机器人 (ROV)中应用的情况 ,给出了ROV动力定位技术的实施方法。通过声学定位技术确定ROV的坐标 ,计算出与期望位姿的差 ,将其... 动力定位 (DynamicPositioning(DP) )技术是水下机器人的关键技术之一。因此针对当前动力定位主要在缆控水下机器人 (ROV)中应用的情况 ,给出了ROV动力定位技术的实施方法。通过声学定位技术确定ROV的坐标 ,计算出与期望位姿的差 ,将其作为神经网络控制器的输入量来控制ROV ,从而进行动力定位。同时还重点研究了ROV动力定位中的主要研究内容即水声定位技术和定位控制技术的构建。 展开更多

关键词 超短基线 缆控水下机器人 动力定位

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可容错的遥控水下机器人递归神经网络控制 被引量：5

9

作者 姜述强 金鸿章 魏凤梅 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期57-63,共7页

针对遥控水下机器人(ROV)需要长时间稳定可靠工作的问题,提出递归模糊神经网络及可容错分配推力的控制方法.使用扩展函数链改进递归模糊神经网络控制器,提高了控制器对机器人非线性特性的识别和处理能力;基于反向梯度传播原理,由能量函... 针对遥控水下机器人(ROV)需要长时间稳定可靠工作的问题,提出递归模糊神经网络及可容错分配推力的控制方法.使用扩展函数链改进递归模糊神经网络控制器,提高了控制器对机器人非线性特性的识别和处理能力;基于反向梯度传播原理,由能量函数设计了该网络的学习算法,并根据微粒群优化确定学习率参数,从而保证整个网络的收敛性;在推力分配方面,针对开架式遥控水下机器人的两种推力器布置形式进行建模,将容错问题转化为对偶优化问题,建立能量函数实现故障条件下的推力优化分配.实验结果表明,所设计控制器不仅增强了遥控水下机器人对干扰的反应能力,并且提高了对机器人非线性特性的控制能力,减少了控制误差.当部分主推或侧推等推力器失效时,仍可以通过推力优化分配实现机器人在水平面上的准确位置控制,从而保证了遥控水下机器人长时间可靠工作. 展开更多

关键词 遥控水下机器人 递归神经网络 扩展函数链 推力分配 容错控制

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水下机器人光纤微缆动力学研究 被引量：1

10

作者 徐红丽 燕奎臣 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2004年第4期126-130,共5页

讨论了水下机器人远程通信光纤微缆的动力学问题,研究分析了在海洋层流条件下水下机器人的运动对光纤微缆张力的影响,在仿真分析的基础上提出了对光纤微缆收放系统的设计要求并给出了概念设计方案。

关键词 光纤微缆 水下机器人 动力学分析

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海洋声学技术在无缆水下机器人中的应用 被引量：3

11

作者 朱维庆 潘锋 +3 位作者 王长红 汪玉玲 朱敏 张向军 《海洋测绘》 1998年第3期6-16,共11页

1 概述 电磁波在水中衰减严重,传播距离较短。声波可以在海洋中传播很远的距离,声波是海洋中的主要信息载体。海洋声学技术在海洋中用于探测、通信、导航和定位,它是海洋遥感技术的重要组成部分,近年来获得迅速发展。 海洋声学技术主要... 1 概述 电磁波在水中衰减严重,传播距离较短。声波可以在海洋中传播很远的距离,声波是海洋中的主要信息载体。海洋声学技术在海洋中用于探测、通信、导航和定位,它是海洋遥感技术的重要组成部分,近年来获得迅速发展。 海洋声学技术主要包括三大类声纳,即探测声纳、导航声纳和水声通信机,详见附表Ⅰ。 展开更多

关键词 无缆水下机器人 侧扫声纳 海洋声学技术 探索者 多普勒声纳 浅地层 声学系统 多普勒流速剖面仪 声纳系统 声学研究所

全文增补中

面向无缆水下机器人水下对接的轨迹跟踪控制 被引量：7

12

作者 赵熊 李一平 阎述学 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第22期88-93,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 无缆水下机器人(AUV) 水下对接 轨迹跟踪 链式模型

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带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析 被引量：13

13

作者 陈东军 吴家鸣 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期170-178,共9页

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关... 本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。 展开更多

关键词 运动控制 缆绳张力 螺旋桨推力 带缆水下机器人 水动力

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无缆水下机器人水声图象处理系统设计 被引量：1

14

作者 徐文 汪玉玲 朱维庆 《高技术通讯》 CAS CSCD 1995年第8期19-23,共5页

水声图象处理系统是无缆水下机器人的重要智能系统，它以ＴＭＳ３２０Ｃ３０高速数字信号处理器为核心，实时地完成水声图象压缩和水声目标参数计算（包括妨碍航行的障碍识别）等功能。本文给出了该系统软件、硬件的设计以及水池实验结果。

关键词 无缆水下机器人 水声图象处理 机器人 图象处理

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低速域水下遥控机器人水动力试验系统设计 被引量：9

15

作者 陈英龙 宋男 +2 位作者 张增猛 侯交义 弓永军 《液压与气动》 北大核心 2019年第2期13-17,共5页

为测量低速域水下遥控机器人水动力系数,设计了一套水下遥控机器人水动力试验系统。通过水动力仿真模拟获得水下遥控机器人模型合适的壁面距离,以及以最大设计速度与角速度运动时受到的水动力与水动力矩。根据仿真结果确定负载需求,设... 为测量低速域水下遥控机器人水动力系数,设计了一套水下遥控机器人水动力试验系统。通过水动力仿真模拟获得水下遥控机器人模型合适的壁面距离,以及以最大设计速度与角速度运动时受到的水动力与水动力矩。根据仿真结果确定负载需求,设计了包括由卷扬机和直线导轨驱动的拖曳试验台以及由伺服电机与旋转减速器驱动的旋转试验台的试验系统。 展开更多

关键词 水动力 仿真 水下遥控机器人 低速水下运动

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无缆自治水下机器人运动控制技术研究 被引量：7

16

作者 王建国 孙玉山 +2 位作者 万磊 姜大鹏 常文田 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1156-1161,共6页

针对无缆自治水下机器人满足不同任务要求下的运动控制进行了研究。引入极大似然参数估计算法获取水下机器人水动力系数,并在此基础上搭建起6自由度运动仿真系统。通过改进传统水下机器人体系结构中的推力器布置方式、推力分配策略、运... 针对无缆自治水下机器人满足不同任务要求下的运动控制进行了研究。引入极大似然参数估计算法获取水下机器人水动力系数,并在此基础上搭建起6自由度运动仿真系统。通过改进传统水下机器人体系结构中的推力器布置方式、推力分配策略、运动控制方法和船位推算算法,使得无缆自治水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位功能的同时也能完成远距离高速航行等任务,从而解决了高速航行给无缆自治水下机器人带来的一系列问题。海上进行的速度控制、位置控制和长航程导航试验,验证了无缆自治水下机器人在所提出的运动控制系统控制下可以满足任务需求,具有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 无缆自治水下机器人(AUV) 运动控制 嵌入式系统 体系结构 推力分配 船位推算

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基于ROS的遥控水下机器人监控系统研制 被引量：4

17

作者 唐鸿儒 奚家烽 +2 位作者 沈天鹤 包加桐 刘其铭 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2019年第2期138-143,共6页

为了降低水下机器人开发复杂度,增加机器人的适应性和开放性,基于ROS(机器人操作系统)研制了遥控水下机器人监控系统.首先简单介绍了遥控水下机器人监控系统的硬件结构,提出了基于ROS的遥控水下机器人监控系统软件框架,介绍了感知执行... 为了降低水下机器人开发复杂度,增加机器人的适应性和开放性,基于ROS(机器人操作系统)研制了遥控水下机器人监控系统.首先简单介绍了遥控水下机器人监控系统的硬件结构,提出了基于ROS的遥控水下机器人监控系统软件框架,介绍了感知执行层、导航控制层和监视操作层的组成及作用,描述了运动控制节点、人机交互节点、姿态控制节点3个功能模块的设计方法.实验表明,基于ROS开发的水下机器人监控系统能很好地协调感知模块、运动控制模块和人机交互模块等各个节点的工作,具有开发周期短、扩展性较好等特点. 展开更多

关键词 监控系统 遥控水下机器人 系统架构 机器人操作系统(ROS) 传感与控制

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腹部作业型水下机器人控制系统研制 被引量：18

18

作者 张玮康 王冠学 +2 位作者 徐国华 刘畅 申雄 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2017年第2期124-132,共9页

[目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成... [目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。[结果]单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。[结论]该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。 展开更多

关键词 腹部作业型水下遥控机器人 控制系统 PC104 H∞鲁棒控制

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“探索者”号自治式水下机器人抛载系统的研制 被引量：17

19

作者 唐荣庆 曹智裕 张希贤 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2001年第2期85-87,共3页

介绍了“探索者”号抛载系统的用途、组成、性能和两个技术上的难点 ,并提出了解决问题的方法 ,使抛载系统在保证机器人的设备安全和工作可靠性方面 ,真正发挥了“关键件”的作用。

关键词 抛载装置 自治水下机器人 蓄电池 下潜重块 定位信标 应急上浮浮标 无人无缆潜水器

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基于生物启发的水下机器人路径跟踪控制 被引量：3

20

作者 邓志刚 袁芳 朱大奇 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1234-1241,共8页

针对常规反步控制方法在路径跟踪中出现的速度跳变与推进器驱动饱和等问题,将生物启发神经动力学模型应用到水下机器人路径跟踪控制中。利用生物启发神经动力学模型的渐变和有界输出等特性,设计基于生物启发的反步路径跟踪控制器,并同... 针对常规反步控制方法在路径跟踪中出现的速度跳变与推进器驱动饱和等问题,将生物启发神经动力学模型应用到水下机器人路径跟踪控制中。利用生物启发神经动力学模型的渐变和有界输出等特性,设计基于生物启发的反步路径跟踪控制器,并同传统反步跟踪控制器进行对比分析。仿真结果表明:在较大的初始跟踪误差下,所设计的跟踪控制器可以有效克服水下机器人跟踪控制中的速度跳变,避免推进器的驱动饱和,满足水下机器人推进器的推力约束。 展开更多

关键词 水下机器人 自治-遥控机器人 反步控制 生物启发神经动力学 路径跟踪

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