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基于人工智能技术的水下机器人运动控制研究
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作者 罗艳萍 刘敏 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第10期78-81,共4页
为应对水下机器人运行复杂环境,挖掘水下机器人非线性运行过程关键规律,提出基于人工智能技术的水下机器人运动控制方法。构建水下机器人空间运动方程,深入分析水下机器人水平、垂直方向上运行状态,计算水下机器人运行方向偏差角、深度... 为应对水下机器人运行复杂环境,挖掘水下机器人非线性运行过程关键规律,提出基于人工智能技术的水下机器人运动控制方法。构建水下机器人空间运动方程,深入分析水下机器人水平、垂直方向上运行状态,计算水下机器人运行方向偏差角、深度,通过到模糊PID控制生成实时水下机器人运动控制量,实现水下机器人运动控制。依据实验可知,该方法水下机器人运动控制稳定性高于98%,控制误差低于0.1%,能够适应多种复杂水下环境,有效推动水下作业领域技术发展。 展开更多
关键词 人工智能技术 水下机器人 运动控制 模糊PID控制
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自治水下机器人及其运动控制技术综述
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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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欠驱动智能水下机器人的自抗扰路径跟踪控制 被引量:14
3
作者 万磊 张英浩 +2 位作者 孙玉山 李岳明 何斌 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1727-1731,1738,共6页
为削弱欠驱动智能水下机器人(AUV)在路径跟踪过程中遇到的外界环境干扰和载体内部信号传输干扰的影响,以某欠驱动AUV为研究目标,基于自抗扰控制技术以及在Serret-Frenet坐标系下建立的路径跟踪误差方程,结合水下机器人相关运动学及动力... 为削弱欠驱动智能水下机器人(AUV)在路径跟踪过程中遇到的外界环境干扰和载体内部信号传输干扰的影响,以某欠驱动AUV为研究目标,基于自抗扰控制技术以及在Serret-Frenet坐标系下建立的路径跟踪误差方程,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,建立了二阶自抗扰路径跟踪控制器,并进行了与传统PID控制器的对比仿真实验.仿真实验包括水平面随机干扰下的圆路径跟踪和渐变干扰下的空间螺旋线跟踪.仿真结果表明,基于自抗扰控制技术的欠驱动AUV路径跟踪控制器能够实现相应的参考路径跟踪任务,同时,相比于传统PID控制器,自抗扰路径跟踪控制器能够更有效地抑制干扰造成的颤抖、超调等现象,具有更优的控制效果. 展开更多
关键词 欠驱动智能水下机器人 路径跟踪 自抗扰控制
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基于改进二次规划算法的X舵智能水下机器人控制分配 被引量:18
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作者 李岳明 王小平 +2 位作者 张军军 曹建 张英浩 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期524-531,共8页
针对具有4个独立舵叶的X舵智能水下机器人(AUV)姿态控制分配精度及其计算效率问题,提出一种改进二次规划算法,在满足分配精度的同时减少计算量.使用Lagrange乘子法替代序列二次规划法所用的光滑牛顿法进行优化求解计算,有效降低了迭代... 针对具有4个独立舵叶的X舵智能水下机器人(AUV)姿态控制分配精度及其计算效率问题,提出一种改进二次规划算法,在满足分配精度的同时减少计算量.使用Lagrange乘子法替代序列二次规划法所用的光滑牛顿法进行优化求解计算,有效降低了迭代循环计算,同时保留了序列二次规划的计算精度.仿真环境下的X舵AUV运动控制结果表明:改进后的控制分配算法能够减少40%的计算时间,控制分配偏差不大于0.03 N·m,AUV姿态控制效果良好. 展开更多
关键词 X舵 智能水下机器人 控制分配 改进二次规划 运动控制
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复杂环境下的欠驱动智能水下机器人定深跟踪控制 被引量:13
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作者 万磊 张英浩 +1 位作者 孙玉山 李岳明 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1849-1854,共6页
为使欠驱动智能水下机器人(AUV)在实际定深作业中,更好地抵抗外界和载体内部信号传输所构成的复杂环境作用,以某欠驱动AUV为研究对象,基于自抗扰控制技术和模糊控制方法,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,利用切换控制策略,取自抗... 为使欠驱动智能水下机器人(AUV)在实际定深作业中,更好地抵抗外界和载体内部信号传输所构成的复杂环境作用,以某欠驱动AUV为研究对象,基于自抗扰控制技术和模糊控制方法,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,利用切换控制策略,取自抗扰和模糊控制各自的优点,联合建立了欠驱动AUV模糊自抗扰定深跟踪控制器,并与基于传统比例积分微分(PID)方法的定深控制器在复杂环境下进行了对比仿真.仿真结果表明,基于模糊自抗扰控制技术的欠驱动AUV深度控制方法能够实现准确定深跟踪控制,同时,相比于传统PID控制器,模糊自抗扰深度控制方法能够更有效地抑制复杂环境下干扰所造成的超调和震颤等现象,具有更优的控制效果. 展开更多
关键词 欠驱动智能水下机器人 深度控制 自抗扰控制 模糊控制 复杂环境
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基于水下机器人的海产品智能检测与自主抓取系统 被引量:17
6
作者 徐凤强 董鹏 +1 位作者 王辉兵 付先平 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2393-2402,共10页
针对水下机器人实现自主抓取过程中缺乏引导系统的问题,提出了一种依托水下机器人的海产品智能检测与自主抓取系统,用来解决水下目标的智能检测问题,并引导水下机器人进行海产品的自主抓取。将卷积神经网络检测算法应用到水下场景,利用... 针对水下机器人实现自主抓取过程中缺乏引导系统的问题,提出了一种依托水下机器人的海产品智能检测与自主抓取系统,用来解决水下目标的智能检测问题,并引导水下机器人进行海产品的自主抓取。将卷积神经网络检测算法应用到水下场景,利用水下图像数据集训练特定的网络模型DSOD检测海产品。建立短基线定位系统定位水下作业的机器人。通过分析相机成像坐标系与定位系统坐标系之间的关系,提出了一种计算海产品实际位置的坐标转换方法,计算海产品的实际位置。设计了一种基于反馈机制的多信号分析方法,引导机器人在水下移动并抓捕海产品。为了验证所提系统的有效性,搭建了一款水下抓捕机器人,并成功将所提算法应用到机器人,在真实海洋环境中进行海产品的自主抓取实验。 展开更多
关键词 水下抓捕机器人 智能检测 水下目标定位 短基线定位系统 自主抓取
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基于重构容错的智能水下机器人定深运动控制 被引量:7
7
作者 万磊 张英浩 +2 位作者 孙玉山 李岳明 何斌 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期723-730,共8页
为保证智能水下机器人(AUV)在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自... 为保证智能水下机器人(AUV)在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自抗扰控制(ADRC)方法进行具体的控制器设计和实现。该控制策略中包括两种定深控制器设计,分别为垂推正常工况下和垂推故障情况下的定深控制,试图依靠相关故障信息,通过重构替换实现容错控制。在仿真实验中,该控制策略于不同环境干扰下进行了相应测试,并与结合PID方法的定深控制器进行了比较。结果表明,基于重构容错控制思想,并结合自抗扰控制方法的定深容错控制策略不仅有效,同时具有更好的抑制干扰作用,从而可以为机器人提供更优的控制效果。 展开更多
关键词 控制科学与技术 智能水下机器人 容错运动控制 重构容错 自抗扰控制方法 定深控制
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智能材料在水下仿生机器人驱动中的应用综述 被引量:14
8
作者 刘贵杰 刘展文 +2 位作者 田晓洁 王清扬 陈功 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期114-120,共7页
基于智能材料的柔性仿生水下机器人的研究是当今水下机器人研究的热点之一。智能材料驱动的水下仿生机器人具有微型化、柔性化、智能化、低噪声以及易于主动产生复杂运动等特点,其外形结构更加符合生物学特性,和传统驱动方式相比具有较... 基于智能材料的柔性仿生水下机器人的研究是当今水下机器人研究的热点之一。智能材料驱动的水下仿生机器人具有微型化、柔性化、智能化、低噪声以及易于主动产生复杂运动等特点,其外形结构更加符合生物学特性,和传统驱动方式相比具有较大的优越性,近年来在水下机器人领域得到了较快的发展。本文对几种应用于水下机器人中常见的智能材料的驱动原理进行了比较,在此基础上介绍了国内外近年来利用上述几种智能材料作为驱动器研制的各种机器人。对机器人的外形结构和驱动模式作了简要介绍,重点对机器人驱动效率进行了分析和比较,分析了几种驱动材料性能的优劣。最后,指出了当前仿生水下机器人发展存在和需要解决的问题。 展开更多
关键词 智能材料 水下仿生机器人 驱动效率
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智能水下机器人路径规划研究现状与展望 被引量:32
9
作者 孙玉山 冉祥瑞 +2 位作者 张国成 王力锋 王建 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1111-1116,共6页
路径规划是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现其自主航行和作业的关键环节。本文对智能水下机器人路径规划方法进行分类并分析其各自特点,总结了国内外利用各种规划算法对智能水下机器人路径规划的研究现状,对比多种规划方法... 路径规划是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现其自主航行和作业的关键环节。本文对智能水下机器人路径规划方法进行分类并分析其各自特点,总结了国内外利用各种规划算法对智能水下机器人路径规划的研究现状,对比多种规划方法,认为人工智能算法是当前规划领域较适用方法。研究表明智能水下机器人路径规划需要解决三维规划、定位通讯以及多约束等问题,指明了路径规划方法的优化及开发、局部路径规划、多机器人协同规划以及多平台协同规划为当前水下机器人规划的研究方向。 展开更多
关键词 智能水下机器人 路径规划 协同规划 人工势场 神经网络 强化学习 避障 安全性
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用于水下微机器人驱动的智能执行材料的制备和驱动特性研究 被引量:1
10
作者 陈永 孔德义 +2 位作者 李科 熊小义 梅涛 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期518-519,521,共3页
 智能材料具有感知和执行功能,近年来受到广泛研究。在微机器人领域智能材料作为微驱动器,有着广泛的应用前景。本实验制备了一种铁磁性智能执行材料,并研究了该材料在磁场下的形变特性。采用该材料作微执行器制作出了水下微机器人模...  智能材料具有感知和执行功能,近年来受到广泛研究。在微机器人领域智能材料作为微驱动器,有着广泛的应用前景。本实验制备了一种铁磁性智能执行材料,并研究了该材料在磁场下的形变特性。采用该材料作微执行器制作出了水下微机器人模型。实验表明,该模型在交变磁场的作用下,微执行器将做高频率划动,使水下微机器人模型能够在水中产生运动。这种外场驱动方法和材料在医学领域有着良好的应用前景。 展开更多
关键词 智能材料 机器人 微执行器 外场驱动 水下机器人
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智能水下机器人协同仿真框架研究 被引量:1
11
作者 王卓 冯晓宁 +1 位作者 万磊 庞永杰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期613-619,共7页
针对水下机器人仿真的实际应用,引入协同仿真技术,提出了水下机器人协同仿真框架和配套的开发方法.阐述了该平台的体系结构和信息流程,对运动控制的协同仿真模型进行了说明,在建立的仿真系统中进行了远距离蔽障航行、目标探测与识别和... 针对水下机器人仿真的实际应用,引入协同仿真技术,提出了水下机器人协同仿真框架和配套的开发方法.阐述了该平台的体系结构和信息流程,对运动控制的协同仿真模型进行了说明,在建立的仿真系统中进行了远距离蔽障航行、目标探测与识别和管道跟踪半实物仿真实验.实验表明,协同仿真框架能够完成各种不同软件环境的异构仿真模型之间的协同工作,克服了单一模型难以精确描述非线性关系的问题,在一定程度上提高了仿真的可信度. 展开更多
关键词 智能水下机器人 协同仿真 体系结构 运动控制仿真
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智能水下机器人路径规划 被引量:1
12
作者 朱齐丹 华克强 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 1996年第4期37-41,共5页
介绍了一实际智能水下机器人三维空间的路径规划,给出一种新的海洋环境表示法———海面区域分割环境建模方法,并对A搜索算法进行了改进,提出动态扩展搜索点的思想,使三维空间路径规划算法得以简化并易于实现该方法在实际水下... 介绍了一实际智能水下机器人三维空间的路径规划,给出一种新的海洋环境表示法———海面区域分割环境建模方法,并对A搜索算法进行了改进,提出动态扩展搜索点的思想,使三维空间路径规划算法得以简化并易于实现该方法在实际水下机器人的海试中进行了试验。 展开更多
关键词 水下机器人 路径规划 智能机器人
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智能水下机器人路径规划方法综述 被引量:20
13
作者 孙玉山 王力锋 +1 位作者 吴菁 冉祥瑞 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第7期1-7,共7页
路径规划方法是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现自主航行和作业的关键环节。本文将水下机器人的路径规划方法按智能程度分为传统和智能两大类。传统方法包括基于路线图构建的路径规划方法、基于单元分解的路径规划方法以... 路径规划方法是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现自主航行和作业的关键环节。本文将水下机器人的路径规划方法按智能程度分为传统和智能两大类。传统方法包括基于路线图构建的路径规划方法、基于单元分解的路径规划方法以及基于人工势场的路径规划方法,智能方法包括基于群智能的路径规划方法和基于机器学习的路径规划方法。针对水下机器人规划环境的特点,分别对这几类典型方法进行总结与评价,重点分析了智能方法的优缺点和关键问题,最后展望智能水下机器人路径规划的未来研究方向。 展开更多
关键词 水下机器人 路径规划 人工势场 智能 神经网络 强化学习
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水下机器人运动控制中的仿人智能控制策略 被引量:9
14
作者 查智 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 2010年第3期85-90,共6页
针对水下机器人(ROV)运动时表现出的不确定性,其精确的数学模型难以建立,导致常规的PID很难对其进行有效控制的问题,提出了几种控制策略,并作了分析对比,最终选择仿人智能控制策略。给出了控制策略和控制算法,并详细分析了仿人智能控制... 针对水下机器人(ROV)运动时表现出的不确定性,其精确的数学模型难以建立,导致常规的PID很难对其进行有效控制的问题,提出了几种控制策略,并作了分析对比,最终选择仿人智能控制策略。给出了控制策略和控制算法,并详细分析了仿人智能控制器的设计方法。对某水下机器人运动控制对象进行仿真,结果证明了该控制策略的可行性和有效性,也表明系统动、静态品质好。 展开更多
关键词 水下机器人 仿人智能控制 控制策略
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一种智能水下机器人进行大范围海洋环境监测的方案与实验 被引量:6
15
作者 李晔 庞永杰 唐旭东 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期12-16,共5页
采用智能水下机器人进行海洋环境的立体监测具有监测范围广,自主性强的特点。本文在探讨世界各国采用智能水下机器人进行海洋环境监测的情况的基础上,介绍了自主研发的智能水下机器人海洋大范围环境数据的自主采集系统,其主要优点是:相... 采用智能水下机器人进行海洋环境的立体监测具有监测范围广,自主性强的特点。本文在探讨世界各国采用智能水下机器人进行海洋环境监测的情况的基础上,介绍了自主研发的智能水下机器人海洋大范围环境数据的自主采集系统,其主要优点是:相对于其他机器人,可实现"大范围"海洋环境数据的采集;相对于固定式浮标,可实现海洋环境数据的"自主"采集。并给出了自主采集流程和软件分层递阶体系结构。在真实海域中,采用智能水下机器人,进行了国内首次大范围环境数据采集实航实验。实验结果表明采用智能水下机器人进行海洋环境的立体监测是切实可行的。 展开更多
关键词 智能水下机器人 海洋环境 监测 数据采集
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基于智能决策的水下并联机器人平台应急系统设计 被引量:4
16
作者 程舟济 徐国华 +1 位作者 向先波 曾志林 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2012年第5期56-62,共7页
水下并联机器人平台深水作业环境复杂,经常面临各种各样的危险,必须装备应急系统,使其在出现故障或险情时能顺利安全回收。采用故障树分析法、模糊专家推理及智能决策技术,设计了一种水下并联机器人平台应急回收系统,该系统根据水下故... 水下并联机器人平台深水作业环境复杂,经常面临各种各样的危险,必须装备应急系统,使其在出现故障或险情时能顺利安全回收。采用故障树分析法、模糊专家推理及智能决策技术,设计了一种水下并联机器人平台应急回收系统,该系统根据水下故障级别采取相应的应急回收策略。模拟仿真实验表明,发生故障时该系统能够满足水下并联机器人平台应急安全回收的要求。 展开更多
关键词 水下并联机器人 应急系统 故障树分析法 模糊专家推理 智能决策
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关于发展智能水下机器人技术的思考 被引量:22
17
作者 徐玉如 苏玉民 《舰船科学技术》 北大核心 2008年第4期17-21,共5页
智能水下机器人在海洋开发和海洋军事领域具有极为广阔的应用前景。智能水下机器人技术是世界各国都在致力发展的技术领域。简要介绍了国外智能水下机器人的发展状况,提出了应重点开展研究的关键技术和发展智能水下机器人技术的建议。
关键词 智能水下机器人 关键技术
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智能水下机器人多传感器信息融合的一种方法 被引量:2
18
作者 张汝波 吴俊伟 +1 位作者 顾国昌 张国印 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 1997年第2期72-76,共5页
首先叙述了自行研制的水下机器人的数据融合目的,通过分析水下智能机器人采用的传感器的性能,对各种传感器的信息进行可信度分配;然后采用Dempster-Shafer证据理论方法,把各类传感信息作为证据。
关键词 智能机器人 数据融合 水下机器人 传感器
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智能水下机器人技术展望 被引量:126
19
作者 徐玉如 庞永杰 +1 位作者 甘永 孙玉山 《智能系统学报》 2006年第1期9-16,共8页
智能水下机器人作为一个复杂的系统,集成了人工智能、水下目标的探测和识别、数据融合、智能控制以及导航和通信各子系统,是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台.由于水下机器人在海事研究和海洋开发中具... 智能水下机器人作为一个复杂的系统,集成了人工智能、水下目标的探测和识别、数据融合、智能控制以及导航和通信各子系统,是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台.由于水下机器人在海事研究和海洋开发中具有远大前景,在未来水下信息获取、精确打击和“非对称情报战”中也有广泛应用,因此水下机器人技术在世界各个国家中都是一个重要和积极的研发领域.基于实践和在相关技术难题上的经验,对智能水下机器人的发展现状和前景进行了描述,对这些问题可能的解决方案提出了建设性的意见.这些相关的技术包括:水下机器人载体设计技术、体系结构、基础运动控制技术、智能规划与决策技术、系统仿真技术、水下目标探测与识别技术、系统可靠性与容错技术等.随着科学技术的发展,人工智能技术将会在智能水下机器人上得到更为广泛的应用.然而水下机器人技术仍然处于基础研究和试验开发阶段,距离全面应用还有很长的路要走. 展开更多
关键词 水下机器人 人工智能 体系结构 智能控制
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智能水下机器人声视觉跟踪系统研究 被引量:1
20
作者 张铁栋 万磊 +1 位作者 曾文静 徐玉如 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期502-509,共8页
提出了一个新的水下声视觉图像预处理、分割和目标跟踪的处理系统框架。采用该系统框架,设计了一个基于前视声纳的智能水下机器人(AUV)声视觉目标探测跟踪系统,并描述了该系统的软、硬件体系结构。针对水下声视觉图像特点,分析了... 提出了一个新的水下声视觉图像预处理、分割和目标跟踪的处理系统框架。采用该系统框架,设计了一个基于前视声纳的智能水下机器人(AUV)声视觉目标探测跟踪系统,并描述了该系统的软、硬件体系结构。针对水下声视觉图像特点,分析了声纳图像的预处理方法,探讨了图像中特征信息的选取,构造了基于不变矩的仿射变换不变量,提出了基于组合特征的粒子权重分配方法,阐述了改进后的高斯粒子滤波(GPF)跟踪实现过程。海上实验验证了所提方法的有效性,证明所构建的探测跟踪系统具有较高的准确性和鲁棒性。 展开更多
关键词 智能水下机器人(auv) 声视觉 图像处理 高斯粒子滤波(GPF)
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