观测型水下机器人结构及其惯性导航方法研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要随着科学技术的发展，人类已经进入开发和利用海洋的时代。作为用在一般潜水技术不可能达到的深度进行各种综合考察和研究的水下机器人，一直受到广泛的关注与研究。水下机器人的研制属于一个庞大的系统化工程，导航定位系统便属于里面的关键技术之一，它直接影响着水下机器人的工作性能。本文结合课题背景，进行了观测型水下机器人的本体结构设计工作，并在此基础上对其导航定位技术展开研究。研究结果表明捷联惯性导航系统为一种适合此类型机器人的导航定位系统。本文共分六章：第一章概述了国内外水下机器人的发展和研究状况，介绍了常用的水下机器人导航定位系统，并分析了它们的优缺点，最后提

2、出了本论文的研究目的、意义和主要内容。第二章结合水下机器人的设计原则以及成功设计经验，完成了观测型水下机器人的本体结构设计，提出采用分层框架式主体结构，4+1格式的推进器布局来完成机器人运动的设计方案，并细化了各个关键部件的设计研究。第三章主要针对用于水下机器人的捷联惯导系统，展开了具体的导航算法的比较研究。然后针对整个捷联惯导系统，使用Matlab语言编制了从轨迹生成、到惯导解算处理的仿真模块，验证了惯导算法的导航功能。第四章根据相应的惯导算法，结合实际的惯性器件，利用LabView软件编制了用于水下机器人惯导系统的实时处理软件。实验表明在现有的软硬件环境下，惯导系统能

3、很好的跟踪机器人的姿态运动。第五章对导航过程中出现的误差现象进行了分析，并研究了器件误差对于导航精度的影响。针对水下机器人惯导系统存在的误差，提出了采用机器人周期性浮出水面，利用GPS信号进行卡尔曼滤波修正误差的解决方案。仿真的结果表明这种方法的确能有效地抑制惯导系统误差发散现象。第六章主要对本课题的研究工作进行总结，并对下一步工作进行了展望。关键词：水下机器人，捷联惯导系统，仿真，LabView，卡尔曼滤波浙江大学硕士学位论文AbstractAsthedevelopmentofscientifictechnology,humanhascomeintotheageofex

4、plorationandusingofocean．Asatoolwhichusedtoexecutetheexplorationinadepthoftheoceanwherenormaldivingtechnologycall’tarrived，UV(Under-waterVehicle)hasbeenresearchedwidelyallthetime．UV’Sdevelopmentisacomplicatedsystemicengineering，asoneofthekey-technologiesofUVsystem，thenavigationsystemCanef

5、fecttheperformanceofUVgreatly．Consideringthebackgroundoftheproject,ThestructuredesignworkofaROV(RemotelyOperatedVehicle)whichusedforobservationisfirstlyfinishedThenthenavigationsystemusedontherovisresearched，theresultoftheresearchpresentthatstrap—downInertialNavigationSystemisaeffectivena

6、vigationtechnologyforthisvehicle．Herearethemaincontentofthispaper：InChapter1,thedomesticandoverseadevelopmentandapplicationoftheUV．issummarizesfirstly．Thenthecommonnavigationsystemsusedunderwaterareintroduced，andcomparedthroughtheiradvantageanddisadvantage．Theresearchpurpose，significancea

7、ndcontentofthewholepaperareputforwardattheendofthischapter．InChapter2，themechanicaldesignworkoftheROVisfinished，whichdependsonthedesignrulesandexperiences．ThisdesignintroducesastructureoftheROVwhichhasaframewiththreelayers，andusefourhorizontalthrustersandonevertical