水下机器人与实例应用.ppt

水下机器人属高技术智能化产品，目前已广泛应用于海洋探测、沉船打捞、考古、科研、军事等诸多领域。随着21世纪人类对海洋的深度开发利用，水下机器人必将具有更为广泛的应用。 水下机器人是一种具有智能功能的水下潜器，国内外专家学者根据其智能化程度和使用需求， 将水下机器人分为四类：即拖曳式水下机器人TUV(Towing Underwater Vehicle)、遥控式水下机器人ROV(Remotely Operated Vehicle)、无人无缆水下机器人UUV(Unmanned Underwater Vehicle)和智能水下机器人AUV(Autonomous Underwater Vehicle)。前两种水下机器人均带缆，由母船上人工控制；后两种水下机器均无人无缆，自主航行，分别由预编程控制和智能式控制。 水下机器人技术支持 水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，各学科之间彼此互相牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。解决这些矛盾除有很强的系统概念外，还需加强协调。在满足总体技术要求的前提下，各单项技术指标的确定要相互兼顾。为适应较大范围的航行，从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。 水下机器人技术支持 仿真技术 水下目标探测与识别技术 合成孔径声纳 前视声纳组成的自主探测系统 三维成像声纳 智能控制技术 规划与决策技术 水下导航(定位)技术 通讯技术 光纤通讯 水声通讯 能源系统技术 热系统 电-化能源系统 仿真技术 水下机器人工作在复杂的海洋环境中，由智能控制完成任务。由于工作区域的不可接近性，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 ——控制硬、软件的仿真 平台运动仿真 按给定的技术指标和水下机器人的工作方式，设计机器人平台外形并进行流体动力试验，获得仿真用的水动力参数。在建立运动数学模型、确定边界条件后，用水动力参数和工况进行运动仿真，解算各种工况下平台的动态响应，根据技术指标评估平台的运动状态，如有差异，则通过调整平台尺寸、重心浮心等技术参数后再次仿真，……，直至满足要求为止。 控制硬、软件的仿真 在水中对控制系统的调试和检测具有很大的风险，因此有必要在控制硬、软件装入平台前，在实验室内先对单机性能进行检测，再对集成后的系统在仿真器上做陆地模拟仿真试验，并评估仿真后的性能。内容包括动密封、抗干扰、机电匹配、软件调试。根据结果，进行修改和完善。因而需研究和开发一套用于控制系统仿真的仿真器。仿真器主要由模拟平台、等效载荷、模拟通讯接口、仿真工作站等组成。在仿真器上对控制系统的仿真，可以减少湖海试时的调试工作量，避免由海中不确定因素带来的麻烦。 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 ——前视声纳 ——三维成像声纳等水声设备。 智能控制技术 智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。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，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是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、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。 智能控制技术 体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平（自主性和适应性）的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。 另外一些重要技术 能源系统技术 通讯技术 水下导航(定位)技术等 水下机器人Solid works设计系统 在水下机器人的设计过程中，一般先通过经验公式对各类结构件和部件进行构图设计、铸模制作，进而通过实际试验的方法检验设计的合理性，最后对不合理的地方进行优化后重新加工试制。这不仅使产品的研发设计效率低下，同时也浪费了一定的人力、物力。 水下机器人Solid works设计系统 而集成了CAD/CAE/CAM/PDM等先进功能的Solid works三维实体设计开发系统，不仅具有三维和二维图的绘制功能，而且具有有限元分析、流体分析和运动分析等强大的辅助功能。因此，将Solid works应用于水下机器人设计，将会提高设计者效率，避免设计工作中的重复和浪费。 水下机器人Solid works设计系统 Solid works中具有结构分析功能的插件是Solid works Simulation，该插件是一款基于有限元（FEA数值）技术的分析