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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
1
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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无缆自治水下机器人运动控制技术研究 被引量:7
2
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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智能水下机器人视景仿真实验平台研究 被引量:5
3
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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基于自适应UKF算法的小型水下机器人导航系统 被引量:22
4
作者 孙尧 张强 万磊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期342-353,共12页
针对海流扰动及姿态、航向误差角引起的无法确知的导航系统模型误差,设计了一种带模型误差的自适应无迹卡尔曼滤波器(Adaptive unscented Kalman filter,AUKF)用于小型水下机器人(Small autonomous underwater vehicle,SAUV)推位导航系... 针对海流扰动及姿态、航向误差角引起的无法确知的导航系统模型误差,设计了一种带模型误差的自适应无迹卡尔曼滤波器(Adaptive unscented Kalman filter,AUKF)用于小型水下机器人(Small autonomous underwater vehicle,SAUV)推位导航系统.首先提出了小型水下机器人三维运动连续时间模型;然后针对该模型特点,基于极大后验估值原理推导了AUKF算法.仿真结果说明该算法能够克服海流扰动及姿态和航向误差引起的模型误差.对比经典无迹卡尔曼滤波器算法,采用该算法的小型水下机器人推位导航系统在复杂海况下的滤波精度显著提高. 展开更多
关键词 自适应无迹卡尔曼滤波器 小型水下机器人 推位导航系统 非线性 极大后验估计
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一种水下机器人运动的过程神经元控制 被引量:5
5
作者 唐旭东 庞永杰 李晔 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期420-424,共5页
过程神经网络是传统神经网络的拓展,增加了一个对于时间的聚合算子,从而更好地模拟了生物神经元的信息处理机制.这是由于水下机器人运动控制系统的输入、输出均是随时间连续变化的过程量.结合S函数和预先规划思想,建立水下机器人过程神... 过程神经网络是传统神经网络的拓展,增加了一个对于时间的聚合算子,从而更好地模拟了生物神经元的信息处理机制.这是由于水下机器人运动控制系统的输入、输出均是随时间连续变化的过程量.结合S函数和预先规划思想,建立水下机器人过程神经元的运动控制模型.仿真试验证明,该新型控制模型,对于水下机器人的运动非线性控制器具有设计简单、响应速度快、超调小、鲁棒性好等优点。 展开更多
关键词 水下机器人 过程神经元控制算法 S函数 预先规划
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智能水下机器人协同仿真框架研究 被引量:1
6
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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水下机器人任务流程建模与管理 被引量:3
7
作者 张鸿皓 姜大鹏 +1 位作者 庞永杰 李金龙 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2013年第5期433-438,共6页
为实现水下机器人任务流程的快速建模与自动管理,通过改进传统的工作流理论,提出了一种实用的任务流程模型——任务工作流.介绍了作为任务工作流理论基础的传统Petri网及工作流模型,指出了原有理论的缺陷并介绍了任务工作流的基本理论.... 为实现水下机器人任务流程的快速建模与自动管理,通过改进传统的工作流理论,提出了一种实用的任务流程模型——任务工作流.介绍了作为任务工作流理论基础的传统Petri网及工作流模型,指出了原有理论的缺陷并介绍了任务工作流的基本理论.以任务工作流模型为基础,实现了一款任务流程管理系统,为其定义了完善的图形化建模手段与标准的文本化的描述语言,并建立了一套担负着运行时任务管理工作的核心应用程序,能够实现任务的描述与建模、自动运行与管理,以及任务流程的动态更改.实践表明,任务工作流建模简单快捷、方便编程实现,是机器人任务建模与管理的理想工具. 展开更多
关键词 工作流 任务工作流 任务流程管理 PETRI网 水下机器人
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基于FRPN的水下机器人故障诊断 被引量:1
8
作者 刘心 印桂生 张磊 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2010年第19期217-219,共3页
根据水下机器人系统故障特征的提取具有模糊性和并发性的特点,提出了一种新的基于模糊产生式规则推理的Petri网模型-模糊推理Petri网(Fuzzy Reasoning Petri Net,FRPN),给出了有效的推理算法,并以极大代数矩阵算子进行了形式化表示。利... 根据水下机器人系统故障特征的提取具有模糊性和并发性的特点,提出了一种新的基于模糊产生式规则推理的Petri网模型-模糊推理Petri网(Fuzzy Reasoning Petri Net,FRPN),给出了有效的推理算法,并以极大代数矩阵算子进行了形式化表示。利用该模型为水下机器人故障系统进行建模,并分析得到系统中各部件故障发生的概率用以指导水下机器人维修中的故障排除。实验表明该模型具有直观、表达能力强和易于推理的优点。 展开更多
关键词 模糊推理Petri网 水下机器人 故障诊断 建模
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智能海洋机器人技术进展 被引量:53
9
作者 徐玉如 肖坤 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期518-521,共4页
智能海洋机器人是可以在复杂海洋环境中执行各种任务的智能化无人平台,包括智能水下机器人和智能水面机器人.基于实践和在相关技术难题上的经验,提出了一些关键技术问题的解决方案.在智能水下机器人方面,探讨了体系结构、运动控制、... 智能海洋机器人是可以在复杂海洋环境中执行各种任务的智能化无人平台,包括智能水下机器人和智能水面机器人.基于实践和在相关技术难题上的经验,提出了一些关键技术问题的解决方案.在智能水下机器人方面,探讨了体系结构、运动控制、智能规划与决策和系统仿真等关键技术.在智能水面机器人方面,探讨了快速性和智能化问题.我国在智能海洋机器人技术研究方面已经取得了较大的进步,但距离全面应用还有很大差距. 展开更多
关键词 海洋机器人 人工智能 体系结构 智能控制
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速度矢量坐标系下水下机器人动态避障方法 被引量:20
10
作者 毛宇峰 庞永杰 +1 位作者 李晔 曾文静 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期159-164,共6页
针对水下机器人能力有限问题设计了一种适应水下机器人能力的动态避障方法.以水下机器人对运动障碍物的相对速度信息建立速度矢量坐标系,在坐标系内,根据水下机器人速度矢量和障碍物速度矢量的相互关系以及水下机器人的能力,确定理论上... 针对水下机器人能力有限问题设计了一种适应水下机器人能力的动态避障方法.以水下机器人对运动障碍物的相对速度信息建立速度矢量坐标系,在坐标系内,根据水下机器人速度矢量和障碍物速度矢量的相互关系以及水下机器人的能力,确定理论上能够避开障碍物的期望速度解集,然后按照满足碰撞时间条件的最小转艏避障原则求解水下机器人最优期望速度的大小和方向,使水下机器人能够以相对小的代价安全避开动态障碍物.仿真研究验证了此规划方法对躲避动态障碍物的有效性,该研究大幅度提高了水下机器人的智能水平. 展开更多
关键词 水下机器人 动态避障 速度矢量坐标系 避障策略
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自主式水下机器人的光视觉管道探测跟踪系统 被引量:9
11
作者 曾文静 徐玉如 +1 位作者 万磊 张铁栋 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期178-183,189,共7页
研究了自主式水下机器人(AUV)利用单目光视觉系统对水下管道的检测跟踪问题,对实现该方法的各个过程从硬件组成和软件体系结构两方面进行了阐述,从而完成了一整套水下光视觉系统的软、硬件设计.分析了水下管道图像的特点,结合该特点阐... 研究了自主式水下机器人(AUV)利用单目光视觉系统对水下管道的检测跟踪问题,对实现该方法的各个过程从硬件组成和软件体系结构两方面进行了阐述,从而完成了一整套水下光视觉系统的软、硬件设计.分析了水下管道图像的特点,结合该特点阐述了图像预处理过程,提出了一种改进的Hough变换方法,改善了管道边界的提取效果.同时采用管道参考区域预测方法,提高了管道的检测率以及实时性,并利用水池试验对系统的可行性和有效性进行了验证. 展开更多
关键词 自主式水下机器人 管道探测 哈夫变换 参考区域
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广义S面的水下机器人控制器设计 被引量:8
12
作者 王建国 吴恭兴 +2 位作者 万磊 孙玉山 王丽荣 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第A01期144-148,共5页
为了改善水下机器人的控制效果,进行控制器设计研究。设计一个板极模型控制器,并且对Sigmoid型S面控制器和板极模型控制器进行对比研究。在此基础上,提出广义S面控制器。该控制器体现了模糊控制的思想,具有PD控制的简单结构;与模糊控制... 为了改善水下机器人的控制效果,进行控制器设计研究。设计一个板极模型控制器,并且对Sigmoid型S面控制器和板极模型控制器进行对比研究。在此基础上,提出广义S面控制器。该控制器体现了模糊控制的思想,具有PD控制的简单结构;与模糊控制相比,不仅细化了模糊规则,而且降低了参数调整的复杂度,减少了计算量。将两种方法应用于水下机器人仿真研究和海上实验。仿真及实验结果的分析表明,在同样参数设置情况下,选择收敛性较好的S型非线性函数代替Sigmoid型S面控制器中的Sigmoid函数生成的广义S面控制器具有更好的控制效果。 展开更多
关键词 广义S面控制器 S面控制 板极模型 SIGMOID函数 控制器比较
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水下机器人改进S面控制及系统半实物仿真 被引量:4
13
作者 吕翀 庞永杰 +1 位作者 王波 张磊 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期957-961,967,共6页
针对S面控制器参数调整困难的问题,研究了改进的粒子群优化(MPSO)算法,自寻优确定S面控制器的控制参数,实现了S面控制器参数优化计算的快速收敛,避免了局部峰值的徘徊.同时,针对某水下航行器的运动控制系统,设计了控制半实物仿真系统,... 针对S面控制器参数调整困难的问题,研究了改进的粒子群优化(MPSO)算法,自寻优确定S面控制器的控制参数,实现了S面控制器参数优化计算的快速收敛,避免了局部峰值的徘徊.同时,针对某水下航行器的运动控制系统,设计了控制半实物仿真系统,阐述了仿真系统的总体结构和水下机器人空间运动的非线性数学模型.仿真结果真实可靠地反映了水下机器人运动过程,验证了本文控制器对机器人的控制效果,对实际下水实验提供重要参考. 展开更多
关键词 自主式水下航行器 改进S面控制 改进的粒子群优化 控制系统 半实物仿真
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带翼水下机器人的非线性拟合分段控制方法
14
作者 庞永杰 李晔 《智能系统学报》 2009年第3期258-263,共6页
S面控制方法可较好地解决水下机器人的运动控制问题,但由于其参数是固定的,无法达到全局最优.不同航渡速度段,采取不同的控制参数值,可保证水动力不同阶段控制输出的最优;但在速度变化的分界点,控制器输出有跳变,不利于系统的全局稳定性... S面控制方法可较好地解决水下机器人的运动控制问题,但由于其参数是固定的,无法达到全局最优.不同航渡速度段,采取不同的控制参数值,可保证水动力不同阶段控制输出的最优;但在速度变化的分界点,控制器输出有跳变,不利于系统的全局稳定性.利用T-S模糊系统逼近非线性连续函数的能力,采用非线性的S面函数作为模糊系统的后件,设计了基于T-S模型的S面控制器.通过T-S模型的引入,避免了控制器输出的跳变,增强了系统稳定性.将该方法应用于带翼水下机器人的深度控制,水池试验和湖中实验均证明了算法的有效性. 展开更多
关键词 水下机器人 非线性控制 深度控制 T—S模型 S面控制器
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舵桨联合操纵水下机器人运动控制研究 被引量:4
15
作者 王波 孙玉山 +1 位作者 曹建 张国成 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第3期439-443,共5页
水下机器人空间运动具有耦合性和非线性等特点,具有良好品质的运动控制器是水下机器人完成各种作业的前提。针对某舵桨联合操纵小型自主式水下机器人运动控制问题进行了研究。对速度,深度和艏向控制系统进行了介绍,根据控制需求,建立了... 水下机器人空间运动具有耦合性和非线性等特点,具有良好品质的运动控制器是水下机器人完成各种作业的前提。针对某舵桨联合操纵小型自主式水下机器人运动控制问题进行了研究。对速度,深度和艏向控制系统进行了介绍,根据控制需求,建立了水下机器人动力学模型,对执行机构进行了描述,设计了水下机器人滑模控制方案,采用变速趋近项代替一般指数趋近律中的等速趋近项来提高系统的快速性和削弱滑动模态的抖振,针对控制中出现的稳态误差引入智能积分项来提高控制精度。试验结果表明水下机器人控制器具有良好的稳定性和鲁棒性,水下机器人控制系统能够满足基本任务要求。 展开更多
关键词 水下机器人 控制系统 滑模控制
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基于小波矩的自主式水下机器人目标识别 被引量:2
16
作者 万磊 黄蜀玲 +1 位作者 张铁栋 王博 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期148-154,共7页
由于水体对可见光的衰减和散射较强,为克服传统CCD摄像机所得图像的低对比度、以及低信噪比的缺陷,提出以距离选通激光成像设备和前视声呐为传感器建立水下目标识别系统。通过前视声呐图像获取目标的距离信息,自主调节激光成像设备的接... 由于水体对可见光的衰减和散射较强,为克服传统CCD摄像机所得图像的低对比度、以及低信噪比的缺陷,提出以距离选通激光成像设备和前视声呐为传感器建立水下目标识别系统。通过前视声呐图像获取目标的距离信息,自主调节激光成像设备的接收摄像机与目标的距离,克服了水下机器人的距离选通激光图像自动采集的困难。对传统小波矩进行改进,获得反映目标全局和局部信息的具有旋转、平移、缩放不变性的小波矩,通过类内特征的均值和方差建立了特征选择模型。以特征选择后的小波矩作为广义回归神经网络GRNN的输入向量,对6类水池实测目标进行识别。试验结果表明建立的自主式水下机器人的目标识别系统具有较好的识别率,验证了所建系统的有效性和可行性。 展开更多
关键词 目标识别 前视声呐 距离选通激光成像系统 小波矩 特征选择
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智能水下机器人声视觉跟踪系统研究 被引量:1
17
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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基于MPSO算法的水下机器人PD控制器
18
作者 吕翀 庞永杰 张磊 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期728-734,共7页
为了解决传统水下机器人运动控制器只针对单独的自由度进行解耦控制,从而忽略了各自由度之间耦合效应的问题,设计了一个新型的PD控制器.该控制器在水下机器人6个自由度动力学模型的基础上,根据实际需要进行简化,利用一个运动控制方程实... 为了解决传统水下机器人运动控制器只针对单独的自由度进行解耦控制,从而忽略了各自由度之间耦合效应的问题,设计了一个新型的PD控制器.该控制器在水下机器人6个自由度动力学模型的基础上,根据实际需要进行简化,利用一个运动控制方程实现4个自由度的运动控制.同时采用改进PSO算法自寻优确定控制方程的参数,以提高效率,减少设计时主观因素的影响.最后以某型AUV(autonomous underwater vehicle)为控制对象及试验平台,针对所设计的控制器进行仿真试验,结果验证了该控制器在水下机器人运动控制中的可行性. 展开更多
关键词 水下机器人 动力学模型 运动控制 改进PSO算法
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基于雷达图像的水面无人艇目标检测技术 被引量:16
19
作者 庄佳园 徐玉如 +2 位作者 万磊 廖煜雷 孙寒冰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期129-135,共7页
针对水面无人艇雷达目标探测问题,进行了嵌入式雷达图像采集处理系统的研究.提出了嵌入式雷达图像采集处理系统的体系结构.在提取目标位置信息的基础上,选择目标的位置、面积、不变矩特征,完成目标在雷达图像序列中的匹配,实现目标跟踪... 针对水面无人艇雷达目标探测问题,进行了嵌入式雷达图像采集处理系统的研究.提出了嵌入式雷达图像采集处理系统的体系结构.在提取目标位置信息的基础上,选择目标的位置、面积、不变矩特征,完成目标在雷达图像序列中的匹配,实现目标跟踪.针对雷达图像序列中偶有目标丢失的问题,利用卡尔曼滤波预测目标位置信息,帮助建立完整的目标链.最后通过海试验证了所设计的嵌入式雷达图像采集处理系统的可行性,试验表明所提出的图像处理算法、目标的特征匹配和卡尔曼滤波预测算法可以有效的完成目标的检测和跟踪. 展开更多
关键词 水面无人艇 嵌入式系统 雷达目标检测 目标跟踪 卡尔曼滤波
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多普勒辅助水下传感器网络时间同步机制研究 被引量:9
20
作者 冯晓宁 王卓 +1 位作者 朱晓龙 张文 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期9-15,共7页
研究了水下传感器网络(UWSN)时间同步算法。针对水下环境中声信号传播时延长、节点移动性等特点给时间同步带来的问题,基于多普勒原理提出了一种分布式时间同步算法(NU-Sync),通过计算相对速度解决由节点移动导致传播时延不确定的问题,... 研究了水下传感器网络(UWSN)时间同步算法。针对水下环境中声信号传播时延长、节点移动性等特点给时间同步带来的问题,基于多普勒原理提出了一种分布式时间同步算法(NU-Sync),通过计算相对速度解决由节点移动导致传播时延不确定的问题,利用自主式水下潜器作为信标节点,通过不断广播时间信息的方式计算时钟频率偏斜,节省网络的能量消耗。仿真实验表明,与现有算法相比,NU-Sync能够实现较高的同步精度。 展开更多
关键词 水下传感器网络 时间同步 多普勒方法 传播时延
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