多仿生机器人协同编队捕获策略

机器人的协同编队问题是一个综合性的研究课题,主要包括编队策略及路径规划 2 个阶段。针对单一机器人在未知水下环境中执行任务时能源受限等问题,提出一种基于改进蚁群算法的安全域协商捕捉策略,以解决多仿生机器人系统水下环境中对目标的协同编队捕获问题。机器人随机搜索过程中发现目标后, 利用安全域协商策略,实现目标机器人周围捕获点的分配;采用改进的蚁群算法实现编队过程的路径规划和自适应避障。在不同大小的障碍物环境中进行仿真实验,并与经典的路径规划算法进行对比,实验结果表明： 所提出的策略能够使机器人在复杂的水下障碍物环境中完成高效的协作编队捕捉任务,具备有效性。     

一种基于改进蚁群优化算法的载人潜水器全局路径规划

基础蚁群优化算法在解决复杂障碍环境下的载人潜水器路径规划问题时,易过早收敛于局部最优解,信息素挥发系数的设置过于依靠经验,路径规划结果受概率影响大且不稳定。为此,提出了一种改进蚁群算法用于解决载人潜水器的全局路径规划问题。该算法提出"路径延伸块"的概念。算法前期采用动态更新信息素参数的蚁群优化算法进行简单迭代计算获得原始路径,并对原始路径进行栅格延伸以得到"路径延伸块";后期在路径延伸块中再次使用蚁群算法或其他寻优算法(Dijkstra算法)寻找最优路径。改进的算法与基础蚁群优化算法相比,算法效率及稳定性更高,不易收敛于局部最优解,能更好地适应U型槽环境和复杂障碍环境。     

基于模糊PID的深海采矿机器人路径跟踪控制

深海采矿作业中,由于海底软泥稀软,采矿机器人极易打滑,以及海底地形、海流等干扰,采矿机器人容易偏离预定路径。针对采矿机器人的海底作业过程中路径跟踪问题,设计并分析了深海采矿机器人的路径跟踪控制系统。首先提出了艏向控制实现采矿机器人路径跟踪的控制算法,通过采矿机器人与当前目标点相对位置计算采矿机器人的目标艏向角,后基于运动学模型建立模糊比例积分微分(PID)的控制方法控制采矿机器人两侧转速差值进而控制采矿机器人艏向,从而使机器人按目标路径行走;同时为了防止输入过大引起打滑,基于动力学模型数值分析了采矿机器人主动轮角加速度与打滑率之间的关系,采取限制主动轮角加速度方式防止采矿机器人过度打滑;最后通过Matlab/Simulink建立系统模型对系统进行仿真分析。仿真结果表明,该控制算法能够良好地完成采矿机器人的路径跟踪任务。     

一种求解旅行商问题的改进蚁群算法

提出一种求解旅行商问题的改进蚁群算法。该算法在信息素更新过程中,利用信息素局部更新和全局动态更新结合的方法,使得当前最优路径上的信息素值能够动态地调配,避免算法陷入停滞状态;在局部搜索过程中,仅对部分走出更优路径的售货员使用2-opt方法,加快了最优解的收敛速度。仿真实验验证了算法的有效性,与其它算法相比,本文算法在解的质量和收敛速度上都显示出了良好的性能。     

基于改进量子粒子群算法的AUV路径规划研究

针对海洋环境下自主水下机器人（AUV）的路径规划问题,提出了一种基于框架四叉树的改进量子粒子群算法（QPSO）,首先使用框架四叉树的方法对障碍物建模,该方法提高了建模的精度且对后续算法的效率也有极大的改进,之后设计改进的量子粒子群算法,并且结合水下环境的特殊性设计适应度函数,综合考虑航线路径长度、偏转角度以及海流影响,使得算法可以在水下环境中寻得能耗最短的解路径。最后通过仿真试验验证,相比于传统的栅格法和粒子群算法,改进量子粒子群算法的运算时间更短,收敛速度更快,其独特的适应度函数可以使AUV能更好适应水下多变的环境,且能利用海流设计能耗更小的路径,具有很大的实用价值。     

一种基于改进蚁群算法的载人潜水器全局路径规划

当前关于使用蚁群算法解决载人潜水器路径规划问题的研究,往往只注重路径的长度和算法收敛速度,容易忽略路径点与障碍物之间的距离和路径的平滑度等要素。载人潜水器过于靠近障碍物航行时容易产生碰撞;按照不平滑路径行驶时,频繁地转向会降低航行效率。为解决这些问题,受人工势场法启发,文中在蚁群算法的概率选择环节引入障碍物惩罚因子φ和转向惩罚因子ψ,对路径点的选择加以限制。仿真测试表明,相比于传统蚁群算法和Dijkstra算法,该算法规划的路径与障碍物之间保持安全距离且转向次数更少,因此载人潜水器按照此路径航行时,安全性和航行效率更高。     

基于电子海图的智能潜水器路径规划研究

随着地理信息系统技术的发展,电子海图作为一种专门的电子地图也越来越成熟。电子海图中提供了详细而准确的海洋环境信息。利用电子海图的环境建模和考虑海流因素的遗传搜索策略为解决大范围海洋环境下智能潜水器全局路径规划提供了一个新的方法。利用电子海图中的信息对智能潜水器的工作环境进行环境建模,以遗传多目标优化算法为搜索策略进行全局路径规划,并考虑海流因素对潜水器的影响,使潜水器在航行时可充分利用海流的能量。通过仿真试验对环境建模和路径规划进行了验证。该方法具有很好的实用性。     

在狭窄通道环境下书库管理机器人的最优路径规划

研究移动机器人在狭窄通道环境下的定位和路径规划问题。首先,根据在书架和图书上预置的射频识别(RFID)标签,利用RFID技术提出了确定书库管理机器人位置和姿态的方法。然后,根据书库的书架间通道狭窄的特点,将书库管理机器人的行驶状态分解为匀速直线运动和原地匀速旋转运动,并给出了机器人匀速直线运动和原地匀速旋转运动的用时模型。最后,提出一种书库管理机器人从任意起始位置和姿态到达任意目标位置的最小用时路径规划算法。仿真结果表明,本文提出的路径规划算法是有效的。     

多障碍环境中基于增强式学习的势场优化和机器人路径规划

该文把增强式学习方法应用于多障碍环境中机器人路径规划 ,并将增强式学习和路径规划相结合 ,通过工作空间势场的自适应优化学习 ,实现机器人的全局路径规划 ,即得到从任何初始位置开始的最优路径。与传统的人工势场方法相比 ,该方法避免了势场中局部极小点所引起的陷阱区域 ,并且所得到的路径具有最优特性。计算机仿真实验结果表明 ,这种学习方法能有效的解决多障碍环境中的机器人路径规划问题     

动态环境下矢量化路径规划算法

对全方位机器人在完全未知动态环境下实时路径规划和针对移动障碍物的避障问题进行研究。提出矢量化路径描述方法,并将其与Bug算法思想相结合来解决机器人的路径规划问题。机器人的初始路径由其初始位置和目标位置生成,其运动过程是:首先沿初始路径行进,以规定间隔扫描当前环境,判断是否有障碍物阻挡当前路径,并检测障碍物的位置、移动方向和速度等信息;然后根据障碍物信息和机器人安全距离计算路径中间点,并插入中间点更新路径以实现避障。本文的机器人路径规划结果是以矢量形式进行描述及保存的,降低了对路径存储空间的需求,且按规划结果行进时只需要考虑直线移动距离和转动方向,简化了全方位机器人的控制。仿真结果说明本文方法的可行性及有效性。     

深海大型爬行机器人研究现状

对海底不同作业形式的深海大型爬行机器人进行了分类综述,依据当前深海大型爬行机器人在各方面的应用,将其分为了深海采矿机器人和深海挖沟机器人两大类,并对这两类中的一些性能突出的机器人进行了详细的介绍。重点介绍我国第一代、第二代多金属结核采矿机器人,SMD的3个多金属硫化物开采机器人,中科院深海所的富钴结壳规模采样爬行机器人,喷射式挖沟爬行机器人QT2800和机械式挖沟爬行机器人BT2400。并对深海大型爬行机器人的海底复杂行走技术和导航定位技术进行了阐述。行走技术方面,重点介绍Nexans公司的带有铰接式行走腿系统的Spider Dredger,中南大学的铰接履带式采矿机器人和北京矿冶研究总院的复合轮式机器人。导航定位方面,介绍了当前一些在用的深海导航定位技术。最后,对未来深海大型爬行机器人的发展趋势进行了展望。     

Spark平台下的海表面温度并行预测算法

面对海量的海表面温度数据,如何使用大数据处理平台和新的处理技术来实时处理、分析并预测海表面温度数据,是一个亟待解决的问题。本文基于现阶段的时间序列方法和专家意见,首先,将类比合成方法引入到海表面温度预测应用中;其次,基于Spark平台提出了一种改进的快速DTW算法SparkDTW;最后,为了充分利用通过时间序列挖掘得到的信息,将SparkDTW与SVM相结合,提出了SparkDTW+SVM混合模型,为海表面温度预测的应用研究提供了较好的理论基础和技术支持。实验结果表明,SparkDTW算法预测精度优于SVM,提高了海表面温度预测效率,验证了将类比合成方法应用在海表面温度预测的可行性;SparkDTW+SVM在精度方面要优于SparkDTW和SVM,表明SVM模型能充分利用时间序列挖掘的信息,验证了SparkDTW+SVM在海表面温度预测的有效性。     

我国海砂资源的开发与对策

对国内外海砂开采现状、需求、环境影响综合分析的基础上,认为今后海砂开发势必由近岸向浅海区发展,通过编制海砂开采规划,加强海砂管理,保护海洋环境,加强海砂勘探、开采、洗砂和环境影响评价等工作,为台湾浅滩海砂开采做好技术储备,以促进台湾浅滩海砂开采产业的发展。     

福建省海洋非法采砂行为管控初探

天然海砂是一种海洋矿产资源,由于在城市建设中使用十分广泛,海砂成为仅次于石油天然气的海洋第二大矿产资源。但近年来由于大量无度开采海砂,对海洋生态环境、海上航行安全以及建筑物安全都造成极大的破坏和影响。对此,各地执法部门进行了一系列打击非法采挖海砂专项行动,虽取得一定成效,但违法采挖海砂的猖獗势头依然未能得到遏制。文章从目前海砂市场的供求现状以及非法采挖海砂造成的问题出发,对执法部门打击非法采挖海砂未能取得预期效果的原因进行分析,并提出合理规划海砂合法开采、加大非法采砂惩处力度、合力完善治砂长效机制、用现代信息技术助力采砂监管等4个方面的解决思路,规范海洋采砂行为,使市场需求和环境保护得到兼顾。     

动力定位采矿船高海情下的运动响应分析

本文对具有动力定位深海采矿船高海情下的运动响应及运动特性开展研究。针对具有6个推进器构成的动力定位系统,考虑高海情及空载和满载两种典型工况,基于推力最小和运动最小条件,应用卡尔曼滤波器结合线性二次型最优控制理论的控制算法优化推力,进行动力定位系统的参数整定,实时优化调整推力的方向和大小,计算采矿船高海情下的运动和推力的时间历程响应和分析运动特性。经计算,得到了深海采矿船空载和满载工况在高海情下实施海上定位的浪向及需要的推力大小,确定了采矿船动力定位系统在高海情下的适应性,评估了高海情下深海采矿船的定位能力。     

Gap size effect on the tribological characteristics of the roller for deep-sea mining robot

To design the deep-sea mining robot, it is essential to analyze the tribological characteristics of its roller. In this study, we introduced the dynamic simulation model to analyze the tribological characteristics of the roller for deep-sea mining robot, considering the temperature, viscosity, viscous damping force, and gap size between the inner and outer rib seals. Effective viscosity changes with gap size in micro/nanoscale while the effective viscosity is equal to the kinematic viscosity in macroscale. For the stable operation of the roller, the effective viscosity must be less than the critical viscosity. As the gap size decreases, the effective viscosity increases while the critical viscosity decreases. This study shows that the gap size between the inner and outer rib seals of roller is the most dominant factor in designing the roller for deep-sea mining robot to use at relatively low temperatures that are found in the deep-sea environments.     

渤海海冰漂移过程的数值模拟和试验

建立了一个包含潮流作用的准定常海冰动力学模式，利用实测风资料和计算的潮流场对辽东湾中部的冰块漂移过程进行数值模拟，模拟的冰块漂移过程和实况基本一致。表明模式具有反映冰漂移过程动力特征的能力。通过对各动力因子的数值试验，说明引入潮流作用的必要性，并分析了各动力因子在冰漂移过程中的作用。     

试论完善多种用海功能的海域使用权抵押制度的路径

海域使用权抵押作为新兴的融资方式,得到普遍的认可,但是因相关法律未明确以怎样的方式对海域使用权价值的评估,故其在实践中遇到适用的阻碍,文章主要从农渔业用海和工矿交通用海权两个方面进行论述,阐释了对海域使用权价值的评估体系,也就是说对渔业适用三方联保贷款,而工矿交通则适用设立专门的担保机构以此来解决海洋功能分类定制,便于向金融机构以海域使用权获得相应的贷款,促进经济发展,为改革开放40年经济持续发展献出绵薄之力。     

深海采矿系统长距离垂直输运管道力学性能研究

深海采矿系统中的长距离垂直输运管道在工作中具有复杂的流固耦合力学特性,在生产作业中其结构安全性和可靠性面临严峻考验。建立深海采矿系统从海底到水面的完整模型,采用集中质量法对于其中的长距离垂直输运管道的环境载荷进行了研究,并将计算结果与模型试验测量值进行对比验证,重点分析管道顶部轴向张力和剪力的大小关系以及变化规律。分析结果表明:在深海采矿系统的长距离垂直输运管道中,轴向张力在结构载荷占主要成分,由波浪引起的结构轴向张力增加会达到管体自重的38%～48%。因此,选择合适的作业工况对降低结构载荷,加强结构安全性能有很大帮助。