“探索者”号无缆自治水下机器人的信息系统

本文主要介绍“探索者”号无缆自治水下机器人信息系统及构成，它分为水上、水下两大部分、最后，详细介绍了水上信息系统的特点。     

无缆水下机器人组合导航系统

无缆水下机器人是我国首次开展的高技术课题,组合导航系统是无缆水下机器人研究中的关键部分,本文介绍了多种导航设备同时工作,经过信息综合处理获得高精度导航信息的组合导航系统和组合导航系统中所需要的坐标转换及卡尔曼滤波器的计算,为无缆水下机器人建立一个较理想的导航方式。     

遥控水下机器人脐带缆收放绞车设计及牵引力分析

脐带缆收放技术是有缆遥控水下机器人的一项关键技术,该技术直接影响水下机器人载体的收放及作业过程中脐带缆的安全。针对目前水下机器人收放系统中脐带缆收放技术的特点,给出了一种具有自动排缆、低张力缠绕、能够提供大牵引力和安全制动功能的紧凑新式脐带缆绞车方案,并对牵引绞车与储藏绞车之间脐带缆张力与牵引绞车的牵引力进行了理论分析,给出了二者之间的关系函数。     

一种八推进器水下机器人动力学分析

随着对水下机器人研究的逐步深入,其运动能力已由早期单纯的平动逐步强化为有多个自由度的空间运动,对其进行动力学研究是进行其它方面能力研究的基础。为研究多自由度水下机器人的运动,对某型八推进器水下机器人进行了动力学方程建模,得出了其在6个自由度上的运动方程,在此基础上,对其进行了运动仿真及性能分析,得到了该型水下机器人在6个自由度上的运动性能。通过仿真计算的结果,可以直观地了解其运动能力。     

水下滑翔机器人系统研究

水下滑翔机器人是一种新型的水下机器人,可以作为水下监测平台用于大范围、长时间的大尺度海洋环境监测作业。文中调查了水下滑翔机器人的国内外发展现状,分析了其可能的应用领域。详细介绍了中国科学院沈阳自动化研究所开发的水下滑翔机器人系统,包括载体外形优化设计、载体结构设计和控制系统设计。分析了水下滑翔机器人定常滑翔运动和空间螺旋会转运动的运动性能。     

可着陆式水下机器人的多体动力学建模与仿真

可着陆式水下机器人由于变浮力机构的设计要求,其外形与结构较之传统的水下航行器更为复杂。在设计阶段对可着陆式水下机器人进行仿真和操纵性分析具有重要意义。文中采用多体系统动力学方法分析可着陆式水下机器人动力学特性,将作用在系统各组成部分上的流体动力、推进力以及其它作用力分别计算和考虑,建立了多体动力学模型,并进行了三维空间运动仿真。该方法为具有较复杂附体结构的水下机器人设计和动力学仿真提供了有效途径。     

水下机器人-机械手系统构建与研究

描述了一水下机器人——机械手系统研究平台的搭建,详细介绍了三功能水下电动机械手的设计与实验,给出了载体分系统的设计结果,利用Matlab工具箱和M函数构建了系统仿真模型,可以有效地对系统规划和控制算法进行验证(包括分别对载体分系统和机械手分系统的控制),可为进一步的现场试验提供指导和方法验证。     

水下滑翔机器人运动分析与载体设计

水下滑翔机器人是一种新型水下机器人,具有噪声低、航行距离远、续航时间长、成本低等特点。分析了水下滑翔机器人的驱动机理和运动实现,给出了水下滑翔机器人典型运动的仿真结果,并以正在设计的一水下滑翔机试验样机为研究对象,描述了样机的整体结构布局,详细研究了浮力调节机构、俯仰调节机构和横滚调节机构的实现方法,并就样机中各执行机构的设计实现进行了论述。     

水下拖曳系统运动姿态仿真研究

采用凝集参数法建立了水下拖曳系统的三维离散模型,该模型由一系列的质量点和不计重量的弹簧组成.采用数学模型编程对NCEL浮球实验和四个典型拖曳系统进行了仿真计算.计算结果表明此数学模型具有一定的理论意义和工程实用价值.     

深海观测系统脐带缆形态分析及计算

通过对水下拖曳系统脐带缆索的受力情况、形态进行分析，建立了三维空间缆索的物理模型和数学模型，并在此基础上编制了计算程序，对6000m深海观测系统脐带缆的性状进行了模拟计算，其结果为深拖系统最佳缆长的确定提供了理论依据。     

一种基于微细光缆的固定式深海观察系统

介绍一种利用微细光缆实现深海观察的小型装置.阐述其系统组成、工作方式及利用微细光缆实现深海视频信号和数据的传输过程以及其研制的关键技术,展望了此种深海观察站的发展前景.     

海底光缆工程发展20年

对全球第一条海底光缆问世后20年来海底光缆工程发展的历程作了简要回顾。随着光纤传输技术的不断进步,海底光缆的通信技术得到了飞速发展,近20年来,其商用系统已经历了四代。海底光缆工程发展的重要标志,还体现在海底光缆施工技术的日趋完善,水下定位、海底数字式高分辨率的地球物理探测、海底原位测试等高新技术在海缆路由调查与埋设评价调查中的广泛应用。此外,对海底光缆市场与行业结构所经历的深刻变化作了分析,并预测了国际海底光缆网络的发展和市场前景。     

光电复合缆绞车牵引系统力学分析

针对深海光电复合缆绞车牵引系统的复合缆和卷筒的设计缺乏理论依据的关键问题,根据光电复合缆的特性和大容量收放的特点,运用微积分和MATLAB仿真的方法对复合缆在双卷筒上的受力进行详细分析,得到牵引卷筒上复合缆力学模型,进而讨论了牵引卷筒上复合缆的张力衰减情况。最后,基于ANSYS软件对复合缆进行有限元分析验证缆绳应力变化。仿真结果证明,所建立的牵引卷筒上缆绳的力学模型符合条件,为大载荷绞车的牵引系统设计提供了理论依据,有一定的工程意义。     

Pulsatile vortex generators for low-speed maneuvering of small underwater vehicles

Compact zero-mass pulsatile jet actuators are proposed for low-speed maneuvering and station keeping of small underwater vehicles.¹ The flow field of such jets are initially dominated by vortex ring formation. Pinched-off vortices characterize the extremum impulse accumulated by the leading vortex ring in a vortex ring formation process. Relevant parameters in this process are identified in order to design simple and low cost zero-mass pulsatile jet actuators. Thrust optimization of synthetic jets for maximal thrust generation is achieved by enforcing the jet formation number to be around 4. Prototypes of such actuators are built and tested for underwater maneuvering and propulsion. The actuators could be used in two ways: (i) to improve the low-speed maneuvering and station keeping capabilities of traditional propeller driven underwater vehicles, and (ii) as a synthetic jet for flow control and drag reduction at higher cruising speeds. A model for calculating the rotation rate of the underwater vehicle is also proposed and verified.     

On the motions of the underwater remotely operated vehicle with the umbilical cable effect

In this paper, a hydrodynamic model is developed to simulate the six degrees of freedom motions of the underwater remotely operated vehicle (ROV) including the umbilical cable effect. The corresponding hydrodynamic forces on the underwater vehicle are obtained by the planar motion mechanism test technique. With the relevant hydrodynamic coefficients, the 4th-order Runge–Kutta numerical method is then adopted to solve the equations of motions of the ROV and the configuration of the umbilical cable. The multi-step shooting method is also suggested to solve the two-end boundary-value problem on the umbilical cable with respect to a set of first-order ordinary differential equation system. All operation simulations for the ROV including forward moving, ascending, descending, sideward moving and turning motions can be analyzed, either with or without umbilical cable effect. The current effect is also taken into consideration. The present results reveal that the umbilical cable indeed significantly affects the motion of the ROV and should not be neglected in the simulation.     

一种基于视觉的水下机器人动力定位方法

以7 000 m载人潜水器的工程需求为背景,以水下单目摄像机为视觉传感器,进行了水下机器人动力定位方法研究。该动力定位方法利用视觉系统测量得到水下机器人与被观察目标之间的三维位姿关系,通过路径规划、位置控制和姿态控制分解,逐步使机器人由初始位姿逼近期望位姿并最终定位于期望位姿,从而实现了机器人的4自由度动力定位。通过水池实验验证了提出的动力定位方法,并且机器人能够抵抗恒定水流干扰和人工位置扰动。同时,该动力定位方法还可以实现机器人对被观察目标的自动跟踪。     

脐带缆在潜器下放过程中的运动建模与仿真

潜器在下放布置过程中需要考虑变长度的脐带缆对其运动的影响,在考虑流的情况下,对脐带缆的有限差分模型进行了改进,并采用最小二乘方法求解由时间和空间上的中心差分格式离散后的非线性方程组。为了验证模型改进的有效性,将潜器在均匀定常流中水平匀速直航时的数值解与该特殊情况下的解析解进行比较,两组解的吻合不仅证实了模型改进的有效性,而且表明上述数值计算方法是可靠且有效的。在潜器下放布置运动给定的情况下,脐带缆的运动仿真结果表明,潜器姿态角的调整会对拖曳点处的缆绳张力大小和变化趋势产生显著的影响,流在改变缆绳空间形状的同时引起了缆绳对潜器作用力和力矩的非线性和时变性,脐带缆总是阻止潜器自身动力对运动速度和姿态角的改变,且对纵荡运动的影响最大。