水下机器人文献综述.pdf

《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 ROV AUV ARV 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(Remotely Operated Vehicle，简称ROV)和无缆自治水下机器人(AutonomousUnderwater Vehicle， 简称AUV)两大 [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(AutonomousRemotely—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。针对大面积的有哪些信誉好的足球投注网站、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 1.4.1 总体技 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 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 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 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 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Z轴旋转，直到X 正半轴方向指