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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自治水下机器人及其运动控制技术综述

2

作者 孟繁贵 刘爱民 +3 位作者 胡岩 王宇琛 乔路宽 张红奎 《振动与冲击》 北大核心 2025年第11期321-338,共18页

自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)因其机动灵活、鲁棒性强、运动范围广等优势广泛应用于水文监测、海底科考、巡逻侦察等领域。为保安全高效地完成各种作业任务,AUV的运动控制技术研究显得尤为重要。按照AUV发展的时... 自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)因其机动灵活、鲁棒性强、运动范围广等优势广泛应用于水文监测、海底科考、巡逻侦察等领域。为保安全高效地完成各种作业任务,AUV的运动控制技术研究显得尤为重要。按照AUV发展的时间进程,重点从运动控制相关角度对国内外AUV的典型产品进行介绍,并展示了团队最新研制的“盛鲸一号”AUV及其运动控制技术。根据AUV的运动控制研究现状,AUV的运动控制可分为路径跟踪、轨迹跟踪和镇定控制三种类型,其研究内容主要集中在制导方案的设计和控制器的优化上。AUV模型不确定、外界干扰和执行器饱和是影响运动控制系统的三大主要挑战。为应对这些难题,深度强化学习、滑模控制、自抗扰控制、神经网络、自适应控制、S面控制和模糊控制等智能控制技术已得到广泛应用,能够有效抑制AUV动力学模型变化以及海浪、洋流等环境干扰对跟踪精度的影响。针对执行器饱和问题,模型预测控制、深度强化学习和滑模控制技术表现尤为突出。现有研究显示,信息型AUV的数量较多,AUV的运动控制系统在精确性和鲁棒性方面具有显著优势。未来AUV的发展将聚焦于采用可再生能源驱动的长航程AUV和具备自主操纵机构的多模式AUV。同时,AUV的运动控制趋势将向低功耗运动控制和集群运动控制方向发展。 展开更多

关键词 自主水下机器人(auv) 路径跟踪 轨迹跟踪 点镇定

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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

3

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

4

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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有缆水下机器人主动升沉补偿控制研究 被引量：6

5

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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控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性 被引量：10

6

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

7

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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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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从有缆遥控水下机器人到自治水下机器人 被引量：43

9

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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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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面向无缆水下机器人水下对接的轨迹跟踪控制 被引量：7

11

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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海洋声学技术在无缆水下机器人中的应用 被引量：3

12

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

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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无缆自治水下机器人运动控制技术研究 被引量：7

15

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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“CR -02”6000m无人自治水下机器人载体系统(英文) 被引量：8

16

作者 刘涛 徐芑南 +2 位作者 王惠铮 吴幼华 刘正元 《船舶力学》 EI 2002年第6期114-119,共6页

“CR -02”6000m无人自治水下机器人(AUV)是基于“CR -01”6000m机器人的改进型。“CR -02”机器人的最大工作深度为6000m。它的一项重要功能是通过采用艏部垂向和横向对转槽道桨 ,使其具有海山爬坡能力 ;另一重要功能是它具有先进的测... “CR -02”6000m无人自治水下机器人(AUV)是基于“CR -01”6000m机器人的改进型。“CR -02”机器人的最大工作深度为6000m。它的一项重要功能是通过采用艏部垂向和横向对转槽道桨 ,使其具有海山爬坡能力 ;另一重要功能是它具有先进的测深侧扫声纳。抚仙湖的试验结果表明艏部对转槽道桨大大改善了机器人的机动性。本文简要地介绍了机器人的主要技术特性和参数、载体线型。 展开更多

关键词 无人自治水下机器人 载体系统 框架 强度 有限元 auv

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自治水下机器人研究开发的现状和趋势 被引量：43

17

作者 封锡盛 刘永宽 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 1999年第9期55-59,51,共6页

简要回顾了自治水下机器人ＡＵＶｓ研究的历史。

关键词 auvS ROVs UUVs 载人潜器 水下机器人

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超小型水下机器人的发展现状及若干问题探讨 被引量：20

18

作者 翟宇毅 刘亮 龚振邦 《机床与液压》 北大核心 2005年第2期1-4,共4页

主要介绍超小型水下机器人的研究和发展现状, 叙述了当前国外、国内超小型AUV (Autonomousunderwaterve hicle)、ROV (Remoteoperatedvehicle) 研究的进展, 提出了当前存在和急需解决的问题及所涉及的相关技术, 为进一步开展超小型水下... 主要介绍超小型水下机器人的研究和发展现状, 叙述了当前国外、国内超小型AUV (Autonomousunderwaterve hicle)、ROV (Remoteoperatedvehicle) 研究的进展, 提出了当前存在和急需解决的问题及所涉及的相关技术, 为进一步开展超小型水下机器人的研究工作提供了依据。 展开更多

关键词 auv ROV 超小型 水下机器人 潜水器

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基于改进蚁群算法的水下自主航行机器人路径规划 被引量：20

19

作者 刘雨青 向军 曹守启 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2022年第3期536-544,共9页

为解决水下机器人AUV自主航行问题,在水底环境状态已知的条件下,利用一种改进的蚁群算法研究AUV在复杂水底环境下的路径规划问题。首先基于栅格法建立水下三维环境模型,在该模型中每只蚂蚁采用分层前进与栅格平面法相结合的搜索模式搜... 为解决水下机器人AUV自主航行问题,在水底环境状态已知的条件下,利用一种改进的蚁群算法研究AUV在复杂水底环境下的路径规划问题。首先基于栅格法建立水下三维环境模型,在该模型中每只蚂蚁采用分层前进与栅格平面法相结合的搜索模式搜索路径。根据水下自主机器人的速度和在水底的受力情况,来确定水下机器人能耗模型和路径规划的数学模型。在传统蚁群算法的基础上,基于Dijkstra算法改进初始信息素分配,考虑到水下水流的作用,不同的路径点消耗的能量有所差异,因此构造新的启发函数来消除这种影响。通过基于线性回归的信息素更新方式来优化算法的收敛速度及求解质量。最后在使用改进的蚁群算法规划出来的路径基础上,采用贝塞尔曲线改善路径的平滑性,以便于AUV跟踪该路径。实验结果表明,改进的蚁群算法具有较强的全局搜索能力,收敛速度明显加快,规划出的路径明显优于传统蚁群算法和遗传算法的,适合水下机器人的路径规划。 展开更多

关键词 auv路径规划 水下机器人 蚁群算法 信息素 水下环境建模 DIJKSTRA算法 线性回归模型

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基于粒子群优化的自治水下机器人模糊路径规划 被引量：8

20

作者 孙兵 朱大奇 杨元元 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1284-1291,共8页

针对自治水下机器人(AUV)的路径规划问题进行了研究,依据模糊控制规则,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的模糊路径规划算法。首先建立水下水平面内路径规划的模糊规则,并应用A/B模型进行静态和动态障碍物的避障。同时考虑到模糊边界的选... 针对自治水下机器人(AUV)的路径规划问题进行了研究,依据模糊控制规则,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的模糊路径规划算法。首先建立水下水平面内路径规划的模糊规则,并应用A/B模型进行静态和动态障碍物的避障。同时考虑到模糊边界的选择具有很大的随意性,所生成的路径并非最优,利用PSO算法进行模糊集合的优化,使得最终生成的路径最优。应用设计的粒子群优化模糊(PSO-fuzzy)算法针对动静态障碍物进行了避障路径规划,仿真结果验证了所设计的方法的有效性。 展开更多

关键词 自治水下机器人(auv) 路径规划 模糊控制 粒子群优化(PSO) 避障

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