水下机器人文献综述.pdf

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1、《水下机器人》的文献综述内容摘要水下机器人依据其控制方式可分为有缆遥控水下机器人(ROV)和无缆自治水下机器人(AUV)两大类。ROV和AUV各有其优缺点。从集ROV和AUV两者优点的思路出发，设计遥控自治水下机器人（ARV）。本文先从水下机器人的有关概、关键技术、焦点问题出发，然后详细综述了国内外水下机器人的研究现状，对国内外研究现状存在的的问题进行了分析和讨论，并对ARV原理样提出了简单的设计方案，最后对今后可进行的研究内容做了展望和总结。关键词：水下捕捞机器人ROVAUVARV第一章前言1.1水下机器人有关概念水下机器人是能在水中浮游、具有视觉和感知系统、通过遥控或

2、自主操作的方式使用机械手及其其他水下作业，代替人或辅助人去完成某些水下作业的自动化装置。依据其控制方式可分为有缆遥控水下机器人(RemotelyOperatedVehicle，简称ROV)和无缆自治水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle，简称AUV)两大类[1]。ROV作业时间长、数据传输快速可靠、整体决策能力高、便于回收，但是活动范围受限、电缆缠绕、过于依赖人的控制。而AUV活动范围大、潜水深度深、自身决策能力高，但是能源有限、成本高、设计难度大、风险高损失大[2]。从集ROV与AUV两者优点于一体的思路研究，各国学者提出了介于ROV和AUV

3、之间的混合型水下机器人。日本海洋科学与技术中心(JAMSTEC)研制的UROVTKE[3]、美国研发了“海神”号(Nereus)HROV[4]均属于此类型。目前我国在此方面也作了研究，提出ARV(Autonomous&Remotely—operatedVehicl）新型水下机器人概念，此新型水下机器人具有两种工作模式，既可作为传统的ROV使用又可作为AUV使用。针对大面积的搜索、探测，它可以像AUV一样利用声纳、摄像机进行自主探索和测绘工作；一旦找到目标，潜器将可迅速转换成一个ROV，通过操作人员遥控进行近距离的成像和采样[5]。1.2发展水下机器人的必要性在浩渺的海洋中

4、拥有丰富的生物资源、矿物资源、海洋能源和广阔的海洋空间。海洋资源的开发和利用对人类未来的生存和发展将具有十分重要的意义，海洋领域之探索将成为必然的发展趋势[6]。而水下机器人是海洋开发的重要工具。1.3《水下机器人》文献综述目的通过翻阅这些参考资料和文献，初步了解了国内外水下捕捞机器人的发展现状、设计形式和设计方案。然后自主研制出具有自主知识产权的多功能新型水下机器人系统，该系统具有流线型结构，通过自身的六个推进器相互配合，完成水下各个方向的运动。1.4水下机器人的关键技术1.4.1总体技术水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，集几十种学科技术于一体，相互牵制，设

5、计时要在满足总体性的要求的情况下，相互协调。从流体动力学角度来看，外形采用低阻的流线型体。结构采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。1.4.2仿真技术由于水下环境复杂多变，且不可接近，使得对真实硬件与软件体系的研究和测试比较困难。为此在水下机器人的方案设计阶段，要进行仿真技术研究，内容为两部分：平台运动仿真和控制硬、软件的仿真。1.4.3水下目标探测与识别技术目前，水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳[7]、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。1.4.4智能控制技术智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成。软件体系是

6、水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据（信息）与控制流、接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。1.4.5路径规划技术路径规划就是在具有障碍物的环境内，按照一定的评价标准，寻找一条从起始状态（包括位置和姿态）到达目标状态（包括位置和姿态）的无碰路径[8]。目前，路径规划分为全局路径规划和局部路径规划，路径规划也是建立在水下机器人对其环境了解程度的基础上的。全局路径规划需要运动空间里完全的障碍物信息，而局部路径规划可以通过当前的声纳信息实时地规划。常用的有两种路径规划方法，一种是坐标系旋转法，基本思想是将坐标系绕着

7、Z轴旋转，直到X正半轴方向指向来流方向，在工作中保证机器人的姿态始终与X正半轴方向一致。另一种是基于栅格的位形空间激活值传播法。1.4.6水下导航技术由于受到尺寸、重量及电源使用的限制，要在水下无人航行器上实现非常精确的导航系统是相当困难的，水下机器人导航系统的发展需要传感器数据的综合和导航传感器技术的进展。水下机器人的导航系统有多种，如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等，目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统。1.4.