水下机器人视景仿真研究 被引量：2

1

作者 张瑞杰 李兆祥 +2 位作者 吴振铭 安建琦 任福深 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第5期170-176,共7页

为解决水下机器人操作困难和学习成本高等问题,开发了水下机器人视景仿真系统。运用虚幻引擎平台构建海底环境仿真,建立水下机器人虚拟模型与运动数学模型实现水下机器人在虚拟环境中的运动,建立水下机器人运动控制模式与虚拟模型进行交... 为解决水下机器人操作困难和学习成本高等问题,开发了水下机器人视景仿真系统。运用虚幻引擎平台构建海底环境仿真,建立水下机器人虚拟模型与运动数学模型实现水下机器人在虚拟环境中的运动,建立水下机器人运动控制模式与虚拟模型进行交互,通过机器人运动模拟与视觉仿真试验验证仿真系统的可行性。试验结果表明:模拟运动路径与实际运动路径基本相符,海底环境模拟逼真度高。该系统可对水下机器人进行工作性能测试,为操作者提供培训平台且带来较强的视觉冲击,具有可行性。 展开更多

关键词 虚拟现实技术 水下机器人视景仿真系统 虚幻引擎 海底环境 水下机器人

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低速水下机器人水动力试验系统设计 被引量：2

2

作者 张亮 纪胜军 +2 位作者 李树珍 沈江洁 石磊 《机床与液压》 北大核心 2024年第5期95-100,共6页

针对低速水下机器人模型试验测取水动力特性的需求,设计一款满足相似理论要求的室内小型低速开口式直流水洞;利用Fluent软件仿真得到试验段各截面速度分布云图,选出满足试验条件的截面范围;搭建试验平台并进行流场标定,结果表明稳流段... 针对低速水下机器人模型试验测取水动力特性的需求,设计一款满足相似理论要求的室内小型低速开口式直流水洞;利用Fluent软件仿真得到试验段各截面速度分布云图,选出满足试验条件的截面范围;搭建试验平台并进行流场标定,结果表明稳流段速度达到2 m/s,稳流段的流场均匀且稳定,范围大于200 mm×68 mm×300 mm,满足阻塞率不大于25%、试验段长度通常是模型长度3倍的要求,验证了仿真结果的正确性且满足预期水下机器人模型试验的要求。此试验系统适用于速度不大于2 m/s,模型长不大于200 mm,模型来流方向的横截面积不大于5000 mm^(2)的试验条件。 展开更多

关键词 水下机器人 试验系统 水动力仿真 系统标定

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基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统 被引量：13

3

作者 任福深 孙雅琪 +3 位作者 胡庆 李兆亮 孙鹏宇 范玉坤 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1546-1555,共10页

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿... 基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。 展开更多

关键词 半实物仿真 UNITY3D 控制系统 水下机器人 实时交互

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基于UNITY3D的水下机器人视景仿真方法 被引量：8

4

作者 程宇 刘铁军 +3 位作者 唐元贵 王健 姜志斌 祁胜 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第S01期281-284,共4页

水下机器人的视景仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位。一方面应用在水下机器人航行时,进行实时监控,显示机器人的姿态信息。结合海底信息,为操作员的操控提供了重要的辅助信息;另一方面也应用在测试阶段的仿真航行,它可以反... 水下机器人的视景仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位。一方面应用在水下机器人航行时,进行实时监控,显示机器人的姿态信息。结合海底信息,为操作员的操控提供了重要的辅助信息;另一方面也应用在测试阶段的仿真航行,它可以反馈海底的障碍信息,提供高程深度数据。本文针对水下机器人视景仿真的需要,设计了水下机器人的视景仿真方法,利用UNITY3D技术进行开发,根据实际地图数据建立海底场景,显示水下机器人在水下航行的姿态,提高了海景的渲染效果和真实程度。本方法已经实际应用于"十三五"国家重点研发计划全海深水下机器人"海斗一号"中和国家重点研发计划全海深AUV中,在论证,测试,实用等各个阶段中,该方法都具有重要意义,为水下机器人的进一步研究提供了有力支撑。 展开更多

关键词 全海深ARV 水下机器人 UNITY3D 视景 仿真

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智能水下机器人视景仿真实验平台研究 被引量：5

5

作者 高霓 王卓 《船海工程》 2009年第5期58-60,共3页

利用Multigen Creator、Vega等三维仿真软件,通过编程开发某水下机器人三维视景仿真系统,对该机器人的周围环境、运动信息、声呐及摄像等传感器信息等进行了模拟仿真。经验证建立的水下机器人三维视景仿真实验平台能够较真实的模拟机器... 利用Multigen Creator、Vega等三维仿真软件,通过编程开发某水下机器人三维视景仿真系统,对该机器人的周围环境、运动信息、声呐及摄像等传感器信息等进行了模拟仿真。经验证建立的水下机器人三维视景仿真实验平台能够较真实的模拟机器人在水下运动的实际情况。 展开更多

关键词 智能水下机器人 视景仿真 分布式系统

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水下航行器视景仿真系统的研究 被引量：33

6

作者 宋志明 康凤举 +2 位作者 唐凯 高立娥 褚彦军 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2002年第6期761-764,共4页

基于软件平台MultiGen Creator和Vega开发出DIS环境下水下航行器视景仿真系统。提出了视景节点的软硬件配置要求;论述了基于Creator的实体建模方法、基于creator建模和Vega软件环境的海面、水下等海洋环境效果的生成方法、视景仿真软件... 基于软件平台MultiGen Creator和Vega开发出DIS环境下水下航行器视景仿真系统。提出了视景节点的软硬件配置要求;论述了基于Creator的实体建模方法、基于creator建模和Vega软件环境的海面、水下等海洋环境效果的生成方法、视景仿真软件的开发过程以及整体系统的实现等关键技术。仿真结果表明,该视景系统逼真地演示出水下航行器仿真过程,并且满足系统仿真的实时性要求。 展开更多

关键词 水下航行器 视景仿真系统 视景软件 仿真软件

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串级PID控制在水下机器人俯仰控制系统中的应用 被引量：12

7

作者 王建华 宋燕 +1 位作者 魏国亮 袁彬 《上海理工大学学报》 北大核心 2017年第3期229-235,共7页

针对水下复杂环境中水下机器人(ROV)俯仰角的控制问题,设计了串级PID控制器.分析了ROV水下受力情况,建立了ROV俯仰控制系统的运动学模型.复杂智能控制算法的实现(软件编程实现等)具有难度,而串级PID比传统PID控制器有更大的调节范围和... 针对水下复杂环境中水下机器人(ROV)俯仰角的控制问题,设计了串级PID控制器.分析了ROV水下受力情况,建立了ROV俯仰控制系统的运动学模型.复杂智能控制算法的实现(软件编程实现等)具有难度,而串级PID比传统PID控制器有更大的调节范围和更快的响应速度,在设计时有更大的灵活性,且可以处理实际中由非线性特性所带来的问题.Simulink仿真结果表明,对于ROV俯仰控制系统,串级PID控制器具有更好的控制性能.运用泳池测试验证了串级PID控制算法在ROV俯仰角控制中的可操作性. 展开更多

关键词 水下机器人 俯仰控制系统 MATLAB软件 仿真及试验

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自治水下机器人全自由度仿真 被引量：11

8

作者 陈洪海 李一平 《控制工程》 CSCD 2002年第6期72-74,81,共4页

由于自治水下机器人技术的复杂性 ,系统仿真技术变得越来越重要。系统地分析了自治水下机器人 (AUV ,AutonomousUnderwaterVehicle)的运动模型和空间运动方程 ,运用MATLAB下的SIMULINK ,设计了自治水下机器人的全自由度仿真工具箱 ,包... 由于自治水下机器人技术的复杂性 ,系统仿真技术变得越来越重要。系统地分析了自治水下机器人 (AUV ,AutonomousUnderwaterVehicle)的运动模型和空间运动方程 ,运用MATLAB下的SIMULINK ,设计了自治水下机器人的全自由度仿真工具箱 ,包括机器人本体运动、位姿求解和坐标系转换等多个部分 ,可以方便地进行控制方法的全自由度的仿真。 展开更多

关键词 自治水下机器人 全自由度仿真 控制方法 系统仿真 数学模型

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水下机器人动态系统协同建模方法研究 被引量：7

9

作者 谢海斌 沈林成 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期2130-2133,2137,共5页

以水下机器人动态系统建模问题为背景,提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真机制与动态神经网络的水下机器人动态系统协同建模方法。该方法利用在对水下机器人动态行为进行协同仿真过程中在线训练神经网络的方式完成水下机器人流... 以水下机器人动态系统建模问题为背景,提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真机制与动态神经网络的水下机器人动态系统协同建模方法。该方法利用在对水下机器人动态行为进行协同仿真过程中在线训练神经网络的方式完成水下机器人流体动力学建模,并以最终训练完成的神经网络及载体6自由度运动方程仿真模块一起构成水下机器人动态系统模型,具有较强工程应用前景。通过与传统建模方法比较,详细论述了协同建模方法的基本原理及其优点,并重点研究了MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真系统的设计方案和实现方法,最后,从水下机器人6自由度运动方程建模、流体动力学建模以及闭环控制系统建模三个方面研究了实现协同建模的具体方法。 展开更多

关键词 水下机器人 动态系统 协同仿真 协同建模 神经网络 MATLAB/SIMULINK FLUENT

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面向模块化设计的水下机器人集群编队控制 被引量：4

10

作者 孙栋 汤奇荣 +3 位作者 刘明昊 李江 刘浩煜 崔国华 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第2期68-73,共6页

针对在近海环境下,利用“以机代人”进行自主特种作业的实际需求,设计研发模块化可重构水下机器人,并提出一种基于领航者-虚拟结构的编队策略。首先针对几种不同的典型水下作业任务,依据重构方案设计异构水下机器集群;然后根据水平面三... 针对在近海环境下,利用“以机代人”进行自主特种作业的实际需求,设计研发模块化可重构水下机器人,并提出一种基于领航者-虚拟结构的编队策略。首先针对几种不同的典型水下作业任务,依据重构方案设计异构水下机器集群;然后根据水平面三自由度运动学和动力学方程,推导水下机器人集群的动态误差模型;针对路径已知的集群编队问题提出领航者-虚拟结构策略,其中跟随者水下机器人采用基于通信时延补偿的滑模控制器进行跟踪。结果表明,该控制策略可以快速形成队形且轨迹误差小于5%。最后应用3种已开发完成的水下机器人,在可视化仿真平台中进行实验验证,证明该异构水下机器人集群编队方法合理高效。 展开更多

关键词 水下机器人 无人集群系统 编队控制 滑模变结构 可视化仿真

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水下滑翔机器人实时仿真平台研究与开发

11

作者 张禹 张亮 +1 位作者 何广涛 苏东海 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第22期6126-6128,6132,共4页

为检验水下滑翔机器人系统的整体性能及载体在水下的运动学和动力学特性,提出了采用半物理仿真方式建立水下滑翔机器人实时仿真平台的设想。介绍了建立实时仿真平台的硬件结构,并对水下滑翔机器人实时仿真平台的搭建过程作了简要的说明... 为检验水下滑翔机器人系统的整体性能及载体在水下的运动学和动力学特性,提出了采用半物理仿真方式建立水下滑翔机器人实时仿真平台的设想。介绍了建立实时仿真平台的硬件结构,并对水下滑翔机器人实时仿真平台的搭建过程作了简要的说明。仿真平台系统包括虚拟水下滑翔机器人系统和虚拟显示系统两部分,其中虚拟显示系统包括:MultiGen Creator建立的三维载体模型和海底地形;Vega生成的实时视景程序;基于MFC的视景仿真程序。 展开更多

关键词 水下滑翔机器人 半物理仿真 CREATOR 视景Vega

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6自由度水下机器人轨迹控制仿真研究 被引量：9

12

作者 戴学丰 边信黔 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 2001年第3期368-369,375,共3页

本文的工作以具有6个自由度运动能力的水下机器人（潜器）运动轨迹控制为背景，分析了造成耦合的原因，然后从减小控制耦合作用的角度建立了潜器的数学模型，设计了潜器运动的滑模控制方案，并讨论了推力分配、控制受限等问题。从仿真... 本文的工作以具有6个自由度运动能力的水下机器人（潜器）运动轨迹控制为背景，分析了造成耦合的原因，然后从减小控制耦合作用的角度建立了潜器的数学模型，设计了潜器运动的滑模控制方案，并讨论了推力分配、控制受限等问题。从仿真结果看该控制方案具有良好的定位和目标跟踪能力。 展开更多

关键词 水下机器人 建模 滑模控制 非线性系统 轨迹控制 仿真

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基于MOOS的自主式水下机器人导航系统 被引量：3

13

作者 邱海洋 曾庆军 智鹏飞 《江苏大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第6期721-726,共6页

针对自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的试验成本极高,水下机器人的应用与算法验证都需要在一个理想的仿真环境中进行测试,且仿真环境的建模较为困难等问题,提出了应用MOOS软件系统对AUV导航系统进行导航位姿、通... 针对自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的试验成本极高,水下机器人的应用与算法验证都需要在一个理想的仿真环境中进行测试,且仿真环境的建模较为困难等问题,提出了应用MOOS软件系统对AUV导航系统进行导航位姿、通讯及三维信息的仿真,对MOOS软件系统的通信方法、软件架构、数据采集方式和传感器数据类型等方面进行了参数配置和仿真说明.面对工程导向,从数据产生机制、数据发布订阅和数据解析处理等角度,对MOOS软件系统进行论证分析.分析结果表明,MOOS系统可根据AUV导航系统的预设轨迹信息产生相关环境传感器数据,有效地进行多源信息融合与导航位姿解算. 展开更多

关键词 自主式水下机器人 MOOS软件系统 导航系统 路径规划 三维仿真

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视景仿真中的远程水下航行器坐标变换实现 被引量：3

14

作者 王金华 严卫生 刘旭琳 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1145-1150,共6页

随着远程水下航行器的出现,仅选用地面坐标系作为惯性系已不能满足精度要求。考虑地球曲率的影响,推导出水下航行器常用坐标系的方姿数据转换公式;并针对目前水下航行器与视景仿真之间坐标体系不匹配的问题,提出了用图形组合变换的方法... 随着远程水下航行器的出现,仅选用地面坐标系作为惯性系已不能满足精度要求。考虑地球曲率的影响,推导出水下航行器常用坐标系的方姿数据转换公式;并针对目前水下航行器与视景仿真之间坐标体系不匹配的问题,提出了用图形组合变换的方法实现AUVs解算方姿在视景通道中正确显示以及在不同坐标系下同步显示的功能。文中提出的坐标变换仿真方法具有一定的通用性,也可应用于其它远程UUVs、鱼雷等水下航行器的视景仿真建模,并且是开展水下航行器定位、路径规划等研究的有效手段。 展开更多

关键词 信息科学和系统科学其他学科 水下航行器 坐标系 视景仿真 图形变换

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小型4轴矢量推进式水下机器人定深控制技术 被引量：1

15

作者 罗庆生 金诚 +2 位作者 张浩 梁伟栋 陈怡然 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1022-1026,1031,共6页

针对传统水下航行器低速航行时姿态控制效率低、机动性差的缺点,设计并构建了一款4轴矢量推进式水下机器人,使其在低速航行时仍然具有高可控性与高机动性.依据该机器人的结构特点和运动特性,提出了一种基于自适应滑模控制的适合矢量推... 针对传统水下航行器低速航行时姿态控制效率低、机动性差的缺点,设计并构建了一款4轴矢量推进式水下机器人,使其在低速航行时仍然具有高可控性与高机动性.依据该机器人的结构特点和运动特性,提出了一种基于自适应滑模控制的适合矢量推进式水下机器人纵向深度控制的高可靠性方法,并构建了鲁棒控制器,且配以平滑饱和函数,有效改善机器人控制的暂态品质和震颤现象,解决了该机器人建模时因动态系统高维、多输入、高度耦合、强非线性而产生的较大建模误差问题.仿真结果表明,机器人的深度、俯仰角能迅速稳定在期望值附近. 展开更多

关键词 小型4轴矢量推进式水下机器人 自适应滑模控制 定深控制 系统仿真 样机运行试验

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智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究 被引量：2

16

作者 孙叶义 杨文山 周海波 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第23期47-51,共5页

视景仿真作为虚拟现实技术的一种,通过将视景仿真技术引入到水下航行器对接领域,可以实现用户对虚拟模型的交互控制,直观地展示智能水下航行器动态对接的过程。通过Creator软件完成智能水下航行器、母艇与回收装置、海底地形等模块的三... 视景仿真作为虚拟现实技术的一种,通过将视景仿真技术引入到水下航行器对接领域,可以实现用户对虚拟模型的交互控制,直观地展示智能水下航行器动态对接的过程。通过Creator软件完成智能水下航行器、母艇与回收装置、海底地形等模块的三维设计,借助Vega软件进行三维场景渲染。在此基础上,基于所建立的半物理仿真平台,通过在MFC框架下对Vega程序进行二次开发,实现仿真场景的驱动。最后对智能水下航行器动态回收的过程进行三维场景展示,提高了代入感与真实性,并进一步验证了系统的可靠性。 展开更多

关键词 视景仿真 水下机器人 对接

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视景仿真可信度评估体系的扩充及其应用 被引量：3

17

作者 王金华 严卫生 +1 位作者 刘旭琳 宋一川 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1912-1915,1919,共5页

随着视景仿真技术的发展,仿真可信度评估也应相应扩充,满足全面评价视景仿真系统的需求。首先针对目前视景仿真技术出现的新形式进行了探讨,提出了对可信度评估进行扩充的一种思路,给出了视景仿真系统可信度评估的体系结构,并对模糊AHP... 随着视景仿真技术的发展,仿真可信度评估也应相应扩充,满足全面评价视景仿真系统的需求。首先针对目前视景仿真技术出现的新形式进行了探讨,提出了对可信度评估进行扩充的一种思路,给出了视景仿真系统可信度评估的体系结构,并对模糊AHP评估方法进行了改进以减少评判专家的主观臆断;然后依据扩充后的可信度评估体系并结合改进的模糊AHP评估方法对某新型远程自主式水下航行器仿真系统进行了评估,最后给出了该仿真系统的定量可信度。实践证明,扩充后的视景可信度评估适用范围更加广泛,具有一定应用前景和工程使用价值。 展开更多

关键词 视景仿真 可信度评估 逼真度 自主式水下航行器仿真系统

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水下分散自重构系统虚拟原型 被引量：1

18

作者 张丽娜 葛彤 +2 位作者 徐雪松 蔡少茹 连琏 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2005年第9期44-48,共5页

开发了水下分散自重构系统的虚拟原型,从模块、拓扑和构形三个层次对水下分散自重构系统进行了描述,实现了对其运动和自重构过程的动力学仿真,并通过3D方式实时显示仿真与分析结果.利用该虚拟原型分析了系统的多种步态和自重构过程,说... 开发了水下分散自重构系统的虚拟原型,从模块、拓扑和构形三个层次对水下分散自重构系统进行了描述,实现了对其运动和自重构过程的动力学仿真,并通过3D方式实时显示仿真与分析结果.利用该虚拟原型分析了系统的多种步态和自重构过程,说明虚拟原型可以为系统自重构策略提供直观可信的设计和测试手段.相对于实物样机,虚拟原型也具有低成本和易扩展的特点. 展开更多

关键词 分散 自重构 水下机器人 虚拟原型 虚拟原型 系统 分散 水下 动力学仿真 分析结果 实时显示 3D方式

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基于串级PID的机器鱼位姿控制算法 被引量：7

19

作者 王刚 宋英杰 +1 位作者 唐武生 赵强 《吉林大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2022年第3期734-742,共9页

针对三关节仿生机器鱼的位姿控制问题,首先,介绍三关节仿生机器鱼的硬件结构及其运动控制系统;其次,基于期望位姿建立坐标系,构建机器鱼的位姿误差模型;再次,在串级比例-积分-微分(PID)控制系统的基础上,提出基于串级PID的仿生机器鱼位... 针对三关节仿生机器鱼的位姿控制问题,首先,介绍三关节仿生机器鱼的硬件结构及其运动控制系统;其次,基于期望位姿建立坐标系,构建机器鱼的位姿误差模型;再次,在串级比例-积分-微分(PID)控制系统的基础上,提出基于串级PID的仿生机器鱼位姿控制算法;最后,在URWPGSim2D仿真平台和多水下机器人协作控制系统平台下分别进行算法仿真实验和实体实验.实验结果表明:与时变反馈控制算法相比,基于串级PID算法的仿真机器鱼到达目标位姿所用时间增加,但位置误差和方向角误差减小,位姿控制的精度提高;仿生机器鱼到达期望位姿所用时间为14.4 s,位姿误差为(-3像素,-4像素,0.062 rad),基本满足循迹和搬运等应用要求,验证了算法的有效性. 展开更多

关键词 机器鱼 位姿控制 URWPGSim2D仿真平台 多水下机器人协作控制系统平台

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基于四元数的欠驱动AUV的镇定控制设计 被引量：6

20

作者 吴琪 李晔 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期186-191,共6页

镇定控制是指在控制输入作用于水下机器人,使水下机器人能够从任意的初始位置和姿态到达,并且稳定在设计的位置和姿态,在深潜救生艇的水下对接、定位跟踪中应用广泛。通过对欠驱动AUV的六自由度空间运动方程和轨迹方程简化,采用四元数... 镇定控制是指在控制输入作用于水下机器人,使水下机器人能够从任意的初始位置和姿态到达,并且稳定在设计的位置和姿态,在深潜救生艇的水下对接、定位跟踪中应用广泛。通过对欠驱动AUV的六自由度空间运动方程和轨迹方程简化,采用四元数方法进行了模型变换,提出了一种具有4个控制输入的连续时变镇定控制律,证明了提出的控制律的收敛性,并且进行了镇定仿真实验演示。仿真结果表明,控制律是有效的,并且能够在任意初始条件下实现镇定控制。 展开更多

关键词 智能水下机器人 镇定控制 三维 轨迹 线性控制系统 时变系统 运动控制 仿真

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