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  • 水下机器人

    2019-07-23 05:27:04
    资源名称:水下机器人资源截图:  资源太大,传百度网盘了,链接在附件中,有需要的同学自取。
  • 水下机器人.zip

    2019-09-22 02:14:50
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  • 科研人员正在测试水下机器人它让“毛估估”数据更加精确化,它让海浪起伏不再成为干扰,而更深的意义在于,舟山能否成为国内屈指可数的水下机器人生产基地— —核心提示不需要呼吸氧气,也不需要休息,能实时传回水...

    科研人员正在测试水下机器人

    它让“毛估估”数据更加精确化,它让海浪起伏不再成为干扰,而更深的意义在于,舟山能否成为国内屈指可数的水下机器人生产基地— —

    核心提示

    不需要呼吸氧气,也不需要休息,能实时传回水底信息,可代替人工完成多种船舶相关水下作业……这是水下机器人的神奇之处。

    2011年,舟山群岛新区批复成立,这个国内首个以海洋经济为主题的国家级新区,吸引了热衷于探索海洋世界的各路人才。

    就在这一年,海归博士吕广强的大工精密机械有限公司在舟山正式注册成立。经过四年的研发实践,吕广强的科研团队成功研制出世界首台“大宗商品载重测量水下机器人系统”,它让“毛估估”数据更加精确化,让海浪起伏不再成为干扰。

    “小坦克”本领大

    听到“大宗商品载重测量水下机器人系统”这个名词时,你是否觉得它是一个庞然大物?其实不然,它的大小与孩子的遥控车差不多,外形像“坦克”,有四个齿轮。“千万不要被它的外表迷惑了,它的本领可不小。”吕广强说,它是一款结构紧凑、便于操作、小巧易携带的测量工具。通过它,可以让原来只能靠人工得出的“毛估估”船舶载重测量数据实现精确化。“该系统实现了自动化作业,解决了人工测量精度低、受海浪起伏影响大,需要出海等难题。”吕广强介绍,整套系统采用机器人技术,实现了对船舶外侧刻度可读且自动识别,进而对船舶载重进行估计。“与传统作业方式相比,节约了出海测试的费用,可节省1个人工成本。 ”

    记者了解到,吕广强的科研团队主要从事设计、生产和销售工业机器人系统。其中,其研发生产的水下机器人属于海洋工程装备制造业产品,可以完成多种船舶相关作业。

    目前,大宗商品载重测量水下机器人系统正处于进一步测试阶段。大工精密机械有限公司与舟山市出入境检验检疫部门一起合作进行海洋测试,进展顺利。“如果该台系统广泛应用,可以给海关、出入境检验检疫等相关部门的测量工作带来很大便利。”吕广强说。

    水下机器人已被广泛应用

    海洋是人类最大的矿藏,地球上生物资源的80%在海洋。人类社会正在以全新的姿态向海洋进军,海洋将成为国际竞争的主要领域。作为群岛城市舟山,又怎能错失全球海洋经济发展的战略机遇?

    眼下,水下机器人可谓是一个让人眼前一亮的新事物。近年来,在水下搜救、海底勘探、水面应急处理、极限环境作业等方面,水下机器人发挥着越来越重要的作用。

    水下机器人依托一个机器人平台,可以衍生出船用清洗机器人、船用水下焊接机器人等多种不同用途的机器人。比如想看看水下的海带生长情况,就可以让水下机器人帮忙。安装有高清水下摄像头的机器人,能准确、清晰地反馈海带生长情况。

    水面航行、水下定高定向航行、海缆路由探测……去年,国网舟山供电公司完成了水下机器人首次现场海域试验。据悉,项目开发的水下机器人可以为海缆运维工作提供作业平台,可进行海缆巡检、故障点定位等作业。“‘机器换人’的时代来临,机器人的优势将推进企业技术与科研资源深度融合的产业发展新局面。 ”一位业内人士告诉记者,虽然相对国外来说,我国水下机器人产业化起步较晚,但随着海上打捞、海洋石油工程、水产养殖等行业的迅速发展,水下机器人已成为拉动产业增长的又一新的着力点。

    舟山市力推机器人造船

    船舶行业的水下机器人攻关是吕广强最为关注的。“这几年,船舶行业整体经济效益下滑很多,我国的船舶行业与国际相比,转型升级的压力更大,并已经进入到一个整合期。”吕广强说,企业迫切希望有新技术融入到船舶行业,以实现节能降耗,提高效益的目标,水下机器人就是船企关注的焦点之一。

    据介绍,水下机器人在船舶行业可以应用的范围比较广,例如分段焊接、管道对焊、船体清理、船体喷漆等方面。“目前,我市一些船厂已经引进一些新技术,或者正在尝试使用这些新技术。”吕广强介绍,比如我市一家船厂已试用机器人对船舶外表面进行清理和喷漆,并取得了成效。

    “不过,整个船舶行业,还有很多问题亟待解决。”吕广强说,比如提高分段焊接的效率,合拢焊接效率,物料管理信息化,舱室内管道焊接、喷砂喷漆自动化等。“如果广泛引入机器人和自动化技术可以进一步提高工作效率。 ”

    “根据我市产业特点和行业形势,我市确定将船舶产业列入2015年‘机器换人’主要推进行业。”市经信委相关负责人介绍说,目前,舟山市新成立了以浙江海洋学院(海大科技研究院)、上海611所、舟山市大工精密机械有限公司为支撑单位的“舟山市船舶行业机器换人工程服务平台”,该平台汇聚了一批船舶行业船、机、电、气、信息化等领域专家,吕广强就是其中一位。

    据悉,该服务平台将全年开展专家入企活动,主要为企业在生产、技术、装备、流程、信息化应用等方面进行诊断和服务,并为企业如何开展“机器换人”,提高生产效率,降低各种消耗,最终提高企业竞争力,提出意见和建议。

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    2021-07-28 09:41:48
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    网络配图

    日前,浙江大学举办首届水下机器人设计竞赛,浙大学子们设计出了多款可以下水救援的机器人。

    在浙江大学舟山校区的一间教室里,师生们将目光聚焦在一个装满水的水箱里,只见水箱中的机器人不断垂直上浮、下潜,每次完成一个循环还会像人一样露出水面“换口气”。更厉害的还有,“机器人”扮演起“打捞落水者的英雄”,下水后稍作定位,感应到目标物,就朝目标加速前进,将目标物揽入手臂送向岸边。

    机器人精彩的表现,赢得现场阵阵掌声。这些水下机器人都是由学生们自主制作设计的。相较陆上机器人,水下机器人对技术的要求更严格,密封性要高,对水压浮力的计算要更精确。千锤方可成利器,为了突破技术难题,研制者可下了不少力气。

    “不知道熬了多少夜,数不清了,但是这些困难最终都克服了,我们三个都是非常喜欢这个项目,有了坚持的动力。”浙江大学海洋学院大三学生任伟说。

    目前国内高校的水下机器人竞赛大部分还停留在创意和设计上,没有实物层面的竞赛。浙江大学在我国机器人技术开发应用中处全国前列,此次比赛有意引导学生从实操层面跨学科探索海洋技术与机器人学科的联系,加速从概念样机到实用产品的进程。

    “接下来,我们会每年举办这样的竞赛,把我们水下机器人作为一个大的机器人竞赛的分支,去参加国际上的竞赛。”浙江大学海洋学院相关负责人说。

    (原标题《水下机器人玩出“深”度 浙大学子智胜未来》,原作者吴娜娜。编辑何伊伲)

    1497309125000

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  • 机器人运动控制-水下机器人

    千次阅读 2020-08-28 22:59:58
    水下机器人运动控制体系由三个部分组成数据处理部分、控制算法、推力分配 数据处理通过采用不同的滤波方式,把从传感器传来的信息通过滤波处理、剔除野点来获取平滑数据,同时还可以根据位置信息推算出速度,加速度等 ...

    1背景

    水下机器人运动控制体系由三个部分组成数据处理部分、控制算法、推力分配
    数据处理通过采用不同的滤波方式,把从传感器传来的信息通过滤波处理、剔除野点来获取平滑数据,同时还可以根据位置信息推算出速度,加速度等
    控制算法部分,通过采用不同的控制器的设计来实现,获取水下机器人各个自由度上所需要提供的推力矩
    分配器包括将各个自由度的推力分配到每个执行器上以及执行器所发出的力与指令之间的转换
    在这里插入图片描述
    运动控制系统分为感知层、控制层以及执行层三层。其中感知层包括环境危险的感知避障、对水下机器人运动状态以及水下环境的理解、对于上层规划系统指令的分析、水下机器人的故障信息感知等。在控制层中,采用智能控制技术设计了水下机器人的运动控制器,研究神经网络与其它控制算法相结合的控制器结构和学习算法,探讨适应于水下机器人的运动控制理论。在执行层中,针对各种复杂的执行器系统,通过分析各种执行器系统的水动力性能,设计了合适的推力分配策略

    2PCE体系结构

    运动控制系统的体系结构分为三层,这三层不仅包含了软件体系结构,同时也包括了硬件体系结构,分别为感知层(preception layer)、控制层(control layer)和执行层(executive layer),简称水下机器人PCE运动控制体系结构。

    感知层是水下机器人获取外部知识以及目标指令的窗口,包括对水下机器人的系统资源、动力性能、周围环境以及目标指令的感知与理解。它依赖水下机器人搭载的各种传感器包括速度传感器、位置传感器、姿态传感器、定高传感器、流传感器等来获取水下机器人的运动信息以及水下机器人的周围环境信息,同时采用一定的滤波算法来处理水下机器人获得的原始传感器信息。另外针对各种上层结构如规划控制系统或者人为指令,感知层根据水下机器人当前的运动状态信息以及环境理解对目标指令进行理解,在综合考虑水下机器人运动能力的基础上提供信息给控制层。同时感知层具有对水下机器人自身和周围环境信息的理解能力,针对某些紧急、故障处理等行为,如果将指令下达给控制层后再驱动执行结构会导致指令的滞后,在这种极其危险情况下最重要的己经不是控制器的稳定性,而是水下机器人的安全问题,针对这些情况,感知层采用行为响应的办法直接操作和控制执行层的元件。

    控制层的作用是根据从感知层获得的运动目标信息、自身运动信息采用一定的算法来获取水下机器人各个自由度上执行结构所应该提供的推力,并将该推力指令发送给执行层,从而完成上层系统所规划或人为指定的各种目标路径

    执行层的作用是将控制层的推力分配到各个执行机构上,并驱动执行机构使其发出运动所需要的力。另外执行层也可以在不需要控制层参与的情况下,直接执行感知层的指令来应对各种紧急情况

    简要来说是控制层受到感受层信息作出控制算法,来驱动执行层。但是在危险和特低情况下,感知层可以直接操作执行层。

    在这里插入图片描述

    3感知层

    感知层技术包括环境与系统信息的获取与处理、知识的抽象与表达、联想与推理等,是外界事物在水下机器人“头脑”里的反映,是水下机器人对自身任务和系统环境的一种认知,通常分为离线感知技术和在线感知技术,而后者则是了水下机器人的自主能力和思考能力的体现。

    感知层技术是针对水下机器人运动控制系统体系结构来说的
    通过环境与运动状态感知、目标指令理解、系统性能感知三个方面来完善系统

    其中环境感知体现了水下机器人的非条件反射行为目标指令感知是水下机器人对于上层指令的分析理解系统性能感知是其对自身系统状态的认知,也是进行故障诊断的一个依据,使得水下机器人在发生故障之后能够采取合理的控制模式,保障水下机器人的安全或在安全的前提下完成任务。

    3.1水下机器人动力学模型

    有两个坐标系与水下机器人的运动有关,它们分别被称为大地坐标系和艇体坐标系。大地坐标系又被称为地球坐标系或惯性坐标系,它被定义为以地球表面上任意一点为原点的三个正交的轴,其中,X轴指向正北、Y轴指向正东、轴指向深度增加的方向,它们遵循右手定则.

    艇体坐标系定义在水下机器人上,它的三个轴分别是纵轴指向艇舷方向,横轴指向艇体的右侧,竖轴指向艇体的底部。

    3.2目标指令理解

    遥控水下机器人指令的通常是通过上位机与下位机的通讯由操作人员下达,预编程水下机器人则通过将水面控制机的控制台上编制好的程序直接下装到预编程水下机器人载体计算机中。遥控式水下机器人与预编程水下机器人相对而言都有具体操作人员的参与,因此操作人员的指令往往直接作为其运动控制系统的目标指令。而自主型智能水下机器人由于目标指令往往都是根据任务需要并通过分解任务获得的,通常都没有考虑到水下机器人当前的运动能力以及运动需求,正如在获得潜浮的目标指令时,如果不考虑当前水下机器人的纵向运动速度,则不能以最优的方式来实现潜伏运动。
    在这里插入图片描述
    简单来说操作人员可以发出简单指令和目标指令两种指令,其中简单指令机器人的理解系统接直接理解并作出动作,而目标指令需要通过规划系统和多机器人系统和其他智能体分解任务。指令理解系统对其理解并作出动作。例如过弯,需要声呐配合不停接受发送信息最后完成动作。

    4控制层

    其目的是根据从感知层所获得的运动目标信息、自身运动信息通过一定的算法来获得水下机器人各个自由度上执行机构所应该提供的推力

    在深水中、近海底或靠近障碍物时,其所受到的水动力各不相同。复杂的海洋环境有风、浪和流,对于深水航行
    的水下机器人来说,尽管风和浪一般不加以考虑,但海流的影响是很大的。总之,水下机器人是一个强非线性系统,而且考虑到运动的时变性、环境的复杂性和不确定性,建立精确的水下机器人运动模型是不可能的
    所以,水下机器人控制系统的设计必须考虑非线性问题和水下机器人运动耦合问题,同时从加强机器人的自主性与适应性,从改善水下机器人工作性能的观点来看,控制系统还应该具备良好的自适应与自学习能力
    在这里插入图片描述

    4.1神经网络搭建

    我们将目标规划器所获得的期望加速度作为控制网络的输入输入层、隐含层、输出层分别包含2个,6个,1个神经元.输出则是作用在水下机器人上的各个自由度上的力。为了保证控制网络的稳定性,在传感器由无数据到有数据状态变化的那个节拍自学习部分和实时部分的网络权值不进行同步更新

    5水下机器人执行层技术

    1针对不同推力器的布置方式造成的推力分配的复杂性,建立合理的推力分配逻辑

    2针对采用舵、翼等多种执行机构时,舵、翼等执行结构与推力器之间推力分配方案选择,以及在推力器与舵翼执行器之间相互转换时采取的处理方法

    3针对某个执行器出现故障情况时而执行器系统仍有冗余情况下的推力重新分配。

    6水下机器人运动控制系统

    在这里插入图片描述

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