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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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输水隧洞检测机器人发展现状及关键技术研究
2
作者 孙玉山 张力文 +2 位作者 张国成 曹建 庞硕 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1253-1267,共15页
自治式水下机器人因其灵活性高、可自主航行等特点,逐渐成为输水隧洞检测的新兴手段。然而,输水隧洞空间狭窄、流场复杂、光线黑暗,对自治式水下机器人的导航、定位、运动控制与缺陷检测提出了更高要求。本文梳理了国内外使用水下机器... 自治式水下机器人因其灵活性高、可自主航行等特点,逐渐成为输水隧洞检测的新兴手段。然而,输水隧洞空间狭窄、流场复杂、光线黑暗,对自治式水下机器人的导航、定位、运动控制与缺陷检测提出了更高要求。本文梳理了国内外使用水下机器人进行输水隧洞检测的成功应用,对输水隧洞检测自治式水下机器人的关键技术进行综述,主要包括流场水动力分析、运动控制、导航定位及智能检测4个方面,指出了上述关键技术的难点并结合相关理论及实际工程应用给出了相应的研究方案。 展开更多
关键词 自治水下机器人 输水隧洞检测 水动力 运动控制 导航定位 路径规划 安全评价 缺陷识别
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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
3
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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“CR -02”6000m无人自治水下机器人载体系统(英文) 被引量:8
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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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采用能耗最优改进蚁群算法的自治水下机器人路径优化 被引量:26
5
作者 刘贵杰 刘鹏 +1 位作者 穆为磊 王寿军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期93-98,共6页
针对传统路径优化算法中"距离最短能耗非最低"的问题,提出了一种基于能耗最优改进蚁群算法的自治水下机器人路径优化算法。该算法通过对水下机器人进行水动力学分析,建立了水下机器人移动过程中的受力模型;得到了机器人移动... 针对传统路径优化算法中"距离最短能耗非最低"的问题,提出了一种基于能耗最优改进蚁群算法的自治水下机器人路径优化算法。该算法通过对水下机器人进行水动力学分析,建立了水下机器人移动过程中的受力模型;得到了机器人移动路径的能耗计算公式;提出了能耗最优的改进蚁群算法,采用路径能耗的倒数作为路径信息素值,实现了能耗指导蚁群进化的目的。实验结果表明:该算法规划的路径长433.51m,水下机器人能耗12 235.17J,算法寻优迭代次数22次;传统距离最优算法规划的路径长393.56m,水下机器春能耗12 864.99J,算法寻优迭代次数33次。该算法规划的路径距离虽比传统算法长10%,但是能耗却降低了5%,收敛速度明显比传统算法快,对降低水下机器人能耗、提高续航能力有一定的优势。 展开更多
关键词 能耗 蚁群算法 自治水下机器人 距离
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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
6
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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自治水下机器人一种新型非接触充电模式应用探讨 被引量:5
7
作者 翁飞兵 张凯 +1 位作者 潘孟春 冯婷婷' 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2009年第2期115-118,共4页
分析国内外无人潜水器的供电方式现状,指出能源是制约自治水下机器人(AUV)续航能力以及作业时间的一个主要因素。简要介绍非接触式感应电能传输技术的原理、优点,以及国内外的研究成果和发展趋势。针对自治水下机器人原有供电方式的局限... 分析国内外无人潜水器的供电方式现状,指出能源是制约自治水下机器人(AUV)续航能力以及作业时间的一个主要因素。简要介绍非接触式感应电能传输技术的原理、优点,以及国内外的研究成果和发展趋势。针对自治水下机器人原有供电方式的局限,提出用感应电能传输技术结合可充电电池对AUV进行供电设计的方法与重点问题,还探讨了非接触充电方式在AUV以及其它领域的应用前景与技术优势。 展开更多
关键词 无人潜水器 自治水下机器人 感应电能传输 水下供电 非接触
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基于传感探测系统的多自治水下机器人编队协调控制 被引量:8
8
作者 庞师坤 王健 +1 位作者 易宏 梁晓锋 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期549-555,共7页
针对自治水下机器人(AUV)编队协调控制问题,研究了基于传感探测系统的主从式编队协调控制方法.该方法能够避免AUV编队之间依靠水声通信而造成的通信延迟和数据丢失的问题,提高编队控制的可靠性以及生存能力.首先根据领航者位置信息和期... 针对自治水下机器人(AUV)编队协调控制问题,研究了基于传感探测系统的主从式编队协调控制方法.该方法能够避免AUV编队之间依靠水声通信而造成的通信延迟和数据丢失的问题,提高编队控制的可靠性以及生存能力.首先根据领航者位置信息和期望的编队队形得到跟随者的参考路径,跟随者可以实时测得领航者的距离和航向信息并与参考路径相对比.其次为了使跟随者轨迹在短时间内收敛于参考路径从而得到期望的队形,利用Lyapunov函数设计了反演控制器.最后对设计进行了编队控制的仿真.结果表明,AUV编队队形保持良好,所采用的方法具有很好的可行性. 展开更多
关键词 自治水下机器人编队 传感探测系统 领航-跟随法
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基于人工势场法的自治水下机器人路径规划 被引量:17
9
作者 李欣 朱大奇 《上海海事大学学报》 北大核心 2010年第2期35-39,共5页
为解决自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的路径规划问题,规划动态人工势场技术路径.在传统人工势场方法的数学模型和仿真试验的基础上,提出1种改进的势场函数,在二维空间中对水下机器人进行数学建模.在Matlab中针对... 为解决自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的路径规划问题,规划动态人工势场技术路径.在传统人工势场方法的数学模型和仿真试验的基础上,提出1种改进的势场函数,在二维空间中对水下机器人进行数学建模.在Matlab中针对动态障碍物、静态目标物的动态水下环境进行仿真试验.结果表明,运用该技术可以达到良好的效果. 展开更多
关键词 自治水下机器人 路径规划 人工势场 动态环境
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自治水下机器人自适应滑膜控制 被引量:14
10
作者 吴宝举 李硕 王晓辉 《机械设计与制造》 北大核心 2010年第7期142-144,共3页
对影响自治水下机器人控制性能的因素进行分析,提出将自适应滑模控制方法应用于水下机器人的深度控制,使其在在各种干扰的条件下仍保持稳定且具有满意的性能。采用系统辨识的方法得到系统的模型,进而通过辨识得到的模型修正滑膜控制量... 对影响自治水下机器人控制性能的因素进行分析,提出将自适应滑模控制方法应用于水下机器人的深度控制,使其在在各种干扰的条件下仍保持稳定且具有满意的性能。采用系统辨识的方法得到系统的模型,进而通过辨识得到的模型修正滑膜控制量。引入平滑饱和函数,改善控制的暂态品质和震颤现象。仿真结果表明控制算法的有效性。 展开更多
关键词 自治水下机器人 离散时间 滑膜控制 自适应控制
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“CR-01”6000m自治水下机器人在太平洋锰结核调查中的应用 被引量:10
11
作者 李一平 封锡盛 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2001年第1期85-87,共3页
介绍了“CR 0 1”自治水下机器人的研制背景和系统的特点 ,以及“CR 0 1”在太平洋锰结核调查中的应用情况 。
关键词 自治水下机器人 锰结核 海洋矿产 太平洋 CR-01
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生物启发神经动力学模型的自治水下机器人反步跟踪控制 被引量:10
12
作者 朱大奇 杨蕊蕊 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1309-1316,共8页
本文提出一种生物启发神经动力学模型的自治水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUV)三维轨迹跟踪控制算法.将AUV在三维空间的运动分为水平面运动和垂直面运动,针对传统反步轨迹跟踪控制器出现的速度跳变问题,采用生物启发神经... 本文提出一种生物启发神经动力学模型的自治水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUV)三维轨迹跟踪控制算法.将AUV在三维空间的运动分为水平面运动和垂直面运动,针对传统反步轨迹跟踪控制器出现的速度跳变问题,采用生物启发神经动力学模型,通过构造一种简单的中间虚拟变量,同时结合Lyapunov函数设计出轨迹跟踪控制律,使其控制效果在水平面和垂直面都能够达到全局渐近稳定并且有平滑连续的输出结果,克服AUV反步轨迹跟踪控制的速度跳变问题.仿真结果证明了所提控制律的有效性. 展开更多
关键词 自治水下机器人 生物启发模型 运动控制 全局渐近稳定
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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
13
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CAN总线多主节点结构的自治水下机器人通信系统 被引量:5
14
作者 张颖 张有志 +1 位作者 方敏 朱大奇 《上海海事大学学报》 北大核心 2010年第1期39-42,共4页
为满足自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)对实时数据通信和现场测控的要求,设计开发控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)通信节点,实现基于CAN总线技术的自治水下机器人网络通信.该方法在研究基于CAN总线的... 为满足自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)对实时数据通信和现场测控的要求,设计开发控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)通信节点,实现基于CAN总线技术的自治水下机器人网络通信.该方法在研究基于CAN总线的多主节点构架的现场网络通信结构基础上,将自治水下机器人系统分为若干个结构单元,对应于不同的CAN总线节点;用CAN总线构成多主站分布式控制系统取代集中式控制系统,实现实时通信.试验表明,该总线结构可使AUV系统的通信线缆得到有效精简,并使整机系统获得较好的通信性能. 展开更多
关键词 控制器局域网络 自治水下机器人 网络通信 节点
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自治水下机器人机械手系统协调运动研究 被引量:6
15
作者 张奇峰 张艾群 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2006年第3期79-84,共6页
简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿... 简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿态变化及载体与机械手之间的干涉,同时采用梯度投影法优化海流作用下的系统推力。仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地协调多任务下的系统动作。 展开更多
关键词 自治水下机器人 水下机器人-机械手系统 协调运动 水下电动机械手
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基于模糊混合控制的自治水下机器人路径跟踪控制 被引量:7
16
作者 马岭 崔维成 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期341-346,共6页
基于模糊混合控制策略,本文提出了一种用于非线性欠驱动自治水下机器人的鲁棒路径跟踪控制方法.利用Sugeno型模糊推理系统,将PD滑模控制器与非奇异终端滑模控制器光滑连接,构造了模糊混合控制器.它能充分融合这两类控制器的优势,无论系... 基于模糊混合控制策略,本文提出了一种用于非线性欠驱动自治水下机器人的鲁棒路径跟踪控制方法.利用Sugeno型模糊推理系统,将PD滑模控制器与非奇异终端滑模控制器光滑连接,构造了模糊混合控制器.它能充分融合这两类控制器的优势,无论系统远离平衡点还是在其附近,都能取得快速收敛的效果.如果,借助于非时间参考量,将该混合控制器用于自治水下机器人路径跟踪控制,将有利于提高它在不确定环境中的跟踪能力.最后,通过仿真计算结果验证了该控制策略的有效性. 展开更多
关键词 路径跟踪控制 模糊混合控制 自治水下机器人 终端滑模
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自治水下机器人全自由度仿真 被引量:11
17
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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自治式水下机器人的控制研究 被引量:2
18
作者 刘传才 缪泉明 +1 位作者 李定 顾懋祥 《船舶力学》 EI 1997年第1期67-71,共5页
自治式水下机器人执行使命时,沿规划路径运动的导航,特别是围绕被搜索到的目标物作圆周运动的导航,是一种强非线性的控制问题、传统方法解决这一问题很困难,神经网络为非线性控制问题的实施提供了快速、准确的工具。利用神经网络构... 自治式水下机器人执行使命时,沿规划路径运动的导航,特别是围绕被搜索到的目标物作圆周运动的导航,是一种强非线性的控制问题、传统方法解决这一问题很困难,神经网络为非线性控制问题的实施提供了快速、准确的工具。利用神经网络构造的非线性控制器为自治式水下机器人的导航和定位提供了一种新的途径,网络经训练后能适应混有噪声的非线性环境。本文综合利用前惯和反馈控制器的优点,把GESA算法应用于自动增强的函数链网络,首先对自治式水下机器人实施前馈控制,再利用神经网络构成的PID控制器来提高控制系统的控制精度,使自治式水下机器人沿规划轨线运动。 展开更多
关键词 自治 水下机器人 函数链网络 非线性控制
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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
19
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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一种自治水下机器人垂直面路径规划算法 被引量:2
20
作者 高剑 徐德民 严卫生 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期806-807,811,共3页
提出了一种基于模糊推理系统(FIS)的自治水下机器人的垂直面运动路径规划算法,并进行了仿真验证。该算法根据当前水下机器人所处的深度和距离海底高度数据,通过模糊推理系统得出期望的航行深度,以避免超深、超浅以及触底等情况的发生,... 提出了一种基于模糊推理系统(FIS)的自治水下机器人的垂直面运动路径规划算法,并进行了仿真验证。该算法根据当前水下机器人所处的深度和距离海底高度数据,通过模糊推理系统得出期望的航行深度,以避免超深、超浅以及触底等情况的发生,并尽量满足多普勒速度仪(DVL)对距离海底高度的要求。计算机仿真的结果表明该算法是可行有效的,满足自治水下机器人的系统要求。 展开更多
关键词 自治水下机器人 模糊推理系统 垂直面运动 路径规划
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