导读:本文包含了微小型水下机器人论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:小型水下机器人,载体设计,无轴螺旋桨,PID控制
微小型水下机器人论文文献综述
李作鑫[1]（2019）在《小型水下机器人载体设计及运动控制研究》一文中研究指出由于海洋环境监测、海底资源勘探与开发和军事应用等方面的需求,使得水下机器人技术取得了长足的进步,发展出了可用于不同环境、不同任务的多种水下机器人。其中,具有优秀便携性的小型水下机器人因为使用更加方便、操作更加灵活而得到了更为广泛的关注。小型水下机器人在水下观测、水下考古、水下搜救、水产养殖等方面具有广阔的应用前景,可以代替人类在深水环境中完成观察、摄像、信息采集等工作。本文以小型有缆水下机器人为研究对象,根据设计指标,设计出一款具有5自由度的小型水下机器人。确定了水下机器人的结构形式、材料、密封方式、推进方式等,重点进行了推力分配计算,基于灵活性和实用性的要求,确定了推进器的环形矢量布置方式。计算了水下机器人的重心与浮心,并完成了对水下机器人控制系统的设计。利用图谱法对小型水下机器人搭载的螺旋桨进行设计。首先,根据图谱数据计算出螺旋桨叶切面的二维坐标;然后,根据螺旋桨叁维建模的转换公式,计算出螺旋桨桨叶型值点的叁维坐标;最后,将坐标导入叁维建模软件中生成螺旋桨模型。接下来,通过数值仿真的方法研究了有轴螺旋桨和无轴螺旋桨敞水性能的区别,并将两种螺旋桨的仿真结果进行对比分析。结果表明无轴螺旋桨的水动力性能要优于有轴螺旋桨。建立了小型水下机器人运动学与动力学模型,对水下机器人所受的粘性类水动力和惯性类水动力进行仿真计算,得到水下机器人的主要水动力系数,从而进一步完善了运动方程。设计了水下机器人定深控制的PID控制器,并进行了定深控制仿真,仿真结果表明PID控制算法可以有效地对水下机器人进行定深控制。最后,分别在水池与湖泊中进行了水下机器人定深控制实验。仿真结果与实验数据都证明了小型水下机器人可以较为精确地完成定深运动。(本文来源于《沈阳工业大学》期刊2019-06-04）
郭渺辰[2]（2019）在《小型水下机器人设计及控制方法研究》一文中研究指出地球上海洋、湖泊等水环境面积广阔且物产资源丰富,随着陆地资源的逐渐枯竭,对水环境的开发探索显得尤为重要。远洋项目需要轮船等大型运输工具的辅助,而对于水下的探索开发操作,机器人具有不可取代的作用。一方面人类下潜深度有限,另一方面水下环境复杂具有一定危险性。基于以上两点,水下机器人具有广阔的发展前景。其中,小型水下机器人具有运动灵活,可进入狭小区域作业的功能,因此其发展受到众多研究学者的关注。针对AUV(Autonomous Underwater Vehicle)水下续航能力以及其运动灵活性能较差的问题,本文将提出一种可以遥控操作和自主操作的结合AUV与机器鱼特点的小型水下机器人,研究内容包括其结构设计、控制系统设计和目标检测算法设计。文中将对水下机器人的国内外现状进行描述,重点是对AUV与仿生机器鱼的说明。综合考虑AUV螺旋桨推进动力大的优点与机器鱼运动灵活、能量利用率高的优点,将两种结构综合设计出一种具有不同运动模式的小型水下机器人。该机器人结构中包含螺旋桨推进器和多关节仿生鱼尾推进器。文中将针对多关节尾部推进结构进行机器人运动学和动力学分析。运动学中实现鱼体波曲线的拟合,动力学利用拉格朗日方程将机器人近似为串联杆件进行分析。本文还将对水下机器人系统进行设计,包括样机结构的设计装配和控制系统的搭建。在水下机器人样机与控制平台搭建完成后,本文将对水下机器人巡游模式和追踪模式进行运动控制。巡游模式下尾部作为推进与转弯实现工具,通过将鱼体波曲线离散多组并且多线程控制舵机实现摆动推进与转向。追踪模式下考虑动力要求与平稳性要求,使用螺旋桨推进器前进和潜浮运动的动力。尾部作为方向舵使用辅助转向。追踪包括对目标对象的检测,本文通过对先进卷积神经网络模型的精调以及对模型压缩方法的研究,在低成本嵌入式设备中进行目标的检测。在本文结尾将会通过实验验证机器人的运动状态以及目标检测效果。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-01-01）
江健[3]（2019）在《微小型UVMS设计及水下机器人多机协作研究》一文中研究指出本文从浅海环境多智能体协作出发,针对单体水下机器人-机械手系统(Underwater Vehicle-Manipulator System——UVMS)存在设计繁杂和造价高昂等问题,虽功能强大,但执行任务多样性程度低、效率慢,在实际应用中难以体现其价值;因此本文旨在研发设计一款结构合理简单而且功能自由配置的微小操作级无缆UVMS,通过它作为单体对象展开多智能体协作合理性和效率性的研究来解决此类问题,研究内容主要由以下几个方面构成:1.以柔性设计思维对UVMS进行功能解析和区域划分,完成其不同模块的结构设计,并在之后通过有限元分析、整体平衡设计和虚拟装配等多个方面实现UVMS的结构验证和优化设计,为多水下机器人系统研究提供协作单体。2.建立UVMS六自由度运动学模型和动力学建模;将稳定流域和非线性干扰纳入实际考虑因素中,结合串级PID和模糊PID优势完成UVMS主要运动方向上控制器的设计,并在Simulink仿真环境下验证其实用性。3.对协作体系展开研究确定以集中式控制作为多UVMS协作体系结构,并以“递阶智能控制结构”完成决策单元的分层设计,为协作系统提供控制核心。4.在集中控制下依次完成多UVMS编队成形、保持和避障等研究;并在研究过程中分别对多机器人任务分配机制和基于人工势场法的局部路径规划做出改进,最终在Matlab仿真环境下验证以上决策算法和策略规划的可行性。5.通过多UVMS协作未知环境建模研究,优化了传统栅格法中的模型精度和计算效率平衡问题;并在此环境模型下针对传统蚁群算法的局部最优解问题进行改进,以此全局路径规划策略完成UVMS针对目标物的合围操作定位,联立UVMS和目标物形成虚拟刚体,完成全局路径规划和多UVMS协作搬运研究。多智能体协作系统的研究是未来机器人发展的一个主流方向,本文以单体结构简单、能力有限的UVMS设计为基体,在复杂环境工况下通过以集中式协作模式体现出其实用高效的作业模式,为海洋环境操作类协作提供新的思路方法。(本文来源于《浙江工业大学》期刊2019-01-01）
董亚龙[4]（2018）在《小型水下机器人位姿检测及控制系统研究》一文中研究指出随着社会发展,科技进步,水下机器人的应用越来越广泛,大到无垠海洋,小到排水管道,都能够看到水下机器人的身影。近年来,在浅水区域的探索研究中,小型水下机器人因其体积小、质量轻、研发成本低,携带方便,在水中机动灵活,常被用于河堤大坝水况监测、河道桥墩水下信息收集,近海码头港口检修以及船舶外体水下检测等,节省了大量的人力物力财力。市场对于小型水下机器人的需求也不断增加,前景广阔,它的研究也越来越受到广大科研人员的重视。小型水下机器人在水下工作时,因其体积和质量因素,更容易受浪流的影响,提高它运动时的准确性和稳定性就显得尤为重要。本文通过探讨水下机器人国内外研究进展和动态,介绍了水下机器人位姿检测技术,对比总结了几种常见运动控制方法的优缺点,提出了一种融合了模糊控制和PID控制优势的能够更稳定和有效地实现小型水下机器人运动控制的模糊自适应PID控制算法。本文以一种框架式六自由度小型水下机器人为研究对象,其主要是用于浅水水域信息收集,桥墩码头水下探测、船舶外体水下检修等,对称分布有六个螺旋桨推进器,可以实现六自由度的空间运动。根据小型水下机器人的结构特征和运动情况,确定其坐标系,根据其水下运动规律及查阅资料,推导出小型水下机器人六自由度的运动学方程;通过对其在水下运动时的受力分析,最终建立了水下机器人的动力学方程,即小型水下机器人的空间运动模型,并在特定条件下,推导出了小型水下机器人作定深运动和艏向运动的运动控制模型,为研究其运动控制奠定基础。水下机器人的位姿检测又是实现其控制运动的基础。对此,介绍了水下机器人位姿检测的内容及其手段,阐述了水下机器人位姿检测的硬件系统;将粒子群优化定位算法运用到水下机器人定位系统中,通过推算定位声纳实测信号间隙水下机器人的位置,提高了其定位速度。本文详细介绍并研究了模糊控制技术和PID控制技术,并给出了模糊控制器和PID控制器的设计步骤,在此基础上设计了一种融合了模糊控制和PID控制的模糊自适应PID控制器。推导出了定深运动控制系统和艏向运动控制系统的传递函数,并在计算机仿真软件MATLAB中,使用Simulink模块分别搭建了叁个控制器的定深运动控制系统的仿真模型,并进行计算机仿真。仿真试验验证了所设计的模糊自适应PID控制的可行性和有效性,并与单独使用模糊控制器和PID控制器的仿真结果对比,表明模糊自适应PID控制器具备较好的响应速度、稳定性和动态性能,进一步验证了模糊自适应PID控制的可行性和有效性。(本文来源于《上海海洋大学》期刊2018-05-24）
赵阳[5]（2018）在《小型水下机器人耐压壳基本设计研究》一文中研究指出随着经济的快速发展和人口的不断增加,人类消耗的自然资源逐年增加,陆地上的资源呈现枯竭之势。海洋拥有着丰富的生物和矿产资源,人类急需对这些资源进行开发利用,维持经济的发展。而水下机器人因其安全、高效、灵活作业等特性已成为开发海洋的重要工具。耐压壳作为水下机器人最重要的组成结构,它可以为控制系统、传感器、水下摄像装置等提供一个良好的工作环境避免海水的腐蚀以及水下压力的破坏。本文结合国外商业化ROV的结构与设计方法,基于其失效模式,对应用于海洋牧场的浅水观察级ROV的耐压壳进行了设计。首先,本文总结了国内外ROV的发展现状,举例介绍了几款国内外商业化ROV产品,分析了水下机器人的发展趋势。其次,本文对ROV耐压壳的外形进行了设计。对几种常见的回转体曲线进行了总结与对比,着重分析了Myring线型在不同n值下的曲线形式。通过Fluent软件对不同的曲线进行了仿真计算,得出阻力系数最小的曲线形式。并设计风洞实验方案,进行模型实验,观察不同曲线形式的阻力大小,得出阻力最小的曲线形式,对数值计算的结果进行验证。然后通过ANSYS软件分析不同曲线形式对耐压壳强度的影响。再次,对水下机器人的耐压壳体进行了基本设计。根据ROV的耐压壳体的形状分类、特点及适用工况,对其耐压壳的中间体进行选型并选择合适的材料。基于其失效模式对其壳体进行壁厚设计,并通过经验公式计算对其进行校核。同时,通过ANSYS仿真软件对其中间体部分进行仿真模拟计算,校核其强度与稳定性。最后,对水下机器人的耐压壳体进行了优化设计。计算了水下机器人的重心与浮心,并提出了配平的方法,同时对其进行了稳性分析。对耐压壳进行了密封设计,选用O型圈密封的密封形式。并且对耐压壳的中间体进行了优化,在满足其强度与稳定性要求的基础上,优化了耐压壳体的壁厚,减轻了质量。(本文来源于《大连理工大学》期刊2018-04-23）
常润发[6]（2018）在《小型水下机器人控制系统的设计与实现》一文中研究指出水下机器人作为专用水下开发工具,融合了机械、电子、计算术、自动控制等学科。随着水下机器人应用领域的不断拓宽,研制一种小型水下机器人代替人工进行一些浅水水域的危险作业成为必要,这种水下机器人具有尺寸小、重量轻、机动性强的特点,在水质监测、水产养殖、水库堤坝检查以及搜救打捞等领域具有广阔的应用前景。本论文在对小型水下机器人国内外研究现状的分析基础上,基于有缆遥控水下机器人(Remote operated vehicle,ROV)研制一款适用于近海及湖泊等较浅水域的水下机器人样机,并制定了水下机器人的总体功能和指标。根据总体任务需要,首先描述了水下机器人的整体结构及其各个组成部分,着重确定了推进器的数量和分布,阐述了水下机器人的姿态描述,包括坐标系的建立以及四元数姿态描述方法。接着进行控制系统总体设计,提出了双MCU总体设计方案,给出了控制系统结构图,并对主要元器件和设备进行选型与分析,其中主控采用意法半导体公司基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列芯片。之后完成了主控制板的硬件电路设计,绘制了PCB版图,基于PID控制算法设计了姿态与深度控制器对水下机器人姿态与深度控制,对姿态与深度信息的获取、主控程序和控制算法实现进行了分析和软件设计,给出了各模块程序流程图,并设计了上位机软件。最后,针对所研制的水下机器人样机做了一系列试验,包括基本功能试验、定深试验和定向航行试验,验证了系统设计的可行性及系统工作的稳定性和可靠性。(本文来源于《合肥工业大学》期刊2018-03-01）
栾元恒,曹鹏,李义德[7]（2017）在《微小型混合式水下机器人(ARV)的设计与实现》一文中研究指出无人潜水器分为自治式潜水器(简称AUV)和遥控潜水器(简称ROV)两种,各自具有自身的局限性。新型混合式水下机器人ARV(Autonomous and Remotely Operated Vehicle)具有AUV、ROV两种工作模式,既弥补不足,又能发挥各自的优势。针对大面积远距离的搜索、探测,它可以像AUV进行自主的探索工作;近距离可以像ROV一样,通过操作人员进行控制。微小型ARV具有结构紧凑、机动性好、成本低等优点,可以实现更高效率的水下探测,在军事领域则可实现反潜、反深水鱼雷等战略任务。(本文来源于《烟台职业学院学报》期刊2017年04期）
卞泽武[8]（2017）在《微小型仿生水下机器人关键技术研究》一文中研究指出随着仿生水下机器人技术的进步,越来越多的仿生水下机器人应用到各个领域当中。在浅水水域的目标物搜寻作业中,人工作业效率较低,且现有的水下机器人不能很好的适应工作要求。微小型仿生水下机器人具有能耗低、机动性能好的特点,在其中搭载嵌入式处理系统,可完成图像处理等工作。微小型仿生水下机器人可以利用水下视觉系统来完成水下目标物搜寻工作。本文分析了水下目标物搜寻作业的工作要求,结合实际情况,提出了采用仿生扑翼推进方式的微小型仿生水下机器人整体方案,并对仿生水下机器人的结构进行了设计。对仿生扑翼和尾翼进行了流场数值模拟研究,利用Fluent动网格技术分析了两者在流场中的运动情况,给出了涡量和速度云图,以及推力随时间变化曲线。分析了仿生水下机器人整体在流场中受到的阻力。建立了仿生水下机器人的坐标系,给出了仿生水下机器人的6自由度运动方程,分析了仿生水下机器人的水动力,给出了仿生水下机器人的粘性类水动力,惯性类水动力和水下静力,给出了仿生水下机器人的空间运动方程,分析了仿生水下机器人的航行速度和转向性能。设计了仿生水下机器人的硬件控制系统,提出了利用主控程序控制仿生水下机器人的整体工作流程,模块程序控制仿生水下机器人的具体运动。设计了仿生水下机器人的主控制程序和主要控制模块的控制程序。设计了水下视觉系统,分析了水下图像的预处理过程,研究了如何使用OpenCV中的支持向量机进行图像识别,设计了具有用户交互界面的嵌入式图像识别程序。通过对微小型仿生水下机器人的本体和控制系统进行调试,以及下水测试,达到设计要求。(本文来源于《山东科技大学》期刊2017-05-01）
苗燕楠[9]（2016）在《小型水下机器人的运动控制研究》一文中研究指出小型水下机器人作为专用水下开发工具,在浅水区科学研究、资源开发、军事等方面都具有巨大的应用前景。由于小型水下机器人工作时受浪涌影响较大,其高效运动和精确定位成为研究难点,而准确的控制模型和高适应性的运动控制算法是提高小型水下机器人运动性能的基础和前提。本文以小型六自由度螺旋桨式水下机器人为研究对象,由水下运动规律推导出水下机器人的空间运动学方程;分析水下机器人工作时受到的外力作用,建立了水下机器人的动力学方程;针对小型水下机器人的运动情况,推导出其艏向控制和定深控制模型。根据水下机器人体系结构和小型水下机器人的具体情况,提出SPCE运动控制体系结构,进行了小型水下机器人控制系统的需求分析、总体设计和选型分析,并实现了主控制板的硬件设计和软件设计,完成了主要传感器的选型和数据采集。研究PID控制和模糊控制方法,设计了用于小型水下机器人的艏向控制和定深控制的模糊PID控制算法,仿真试验验证了可行性;完成了推进器测试试验和水下运动控制试验,验证了模糊PID控制算法应用于小型水下机器人的可行性和适用性。本文的研究结果为该小型水下机器人的精确定位控制和路径规划研究提供了基础,对其他小型水下机器人的研制以及运动控制研究也有指导意义。(本文来源于《华中科技大学》期刊2016-05-01）
路晓磊,马龙,张丽婷,孟涛,马治忠[10]（2015）在《小型水下机器人ROV应用研究》一文中研究指出文章首先介绍了小型ROV的基本构造和国内外的最新研究成果,在此基础上,完成了一款小型ROV的选型与配置,根据实际需求选择了加拿大Sharkmarine公司的Stealth2型ROV,并配备了高性能的光学和声学成像系统以及高精度的惯性导航定位系统;然后从海洋环境观测、海底管道探测和水下目标物探测3个方面对水下机器人的应用进行了分析;最后在小型ROV的选型、配置和应用等方面给出了相关建议。(本文来源于《海洋开发与管理》期刊2015年06期）
微小型水下机器人论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
地球上海洋、湖泊等水环境面积广阔且物产资源丰富,随着陆地资源的逐渐枯竭,对水环境的开发探索显得尤为重要。远洋项目需要轮船等大型运输工具的辅助,而对于水下的探索开发操作,机器人具有不可取代的作用。一方面人类下潜深度有限,另一方面水下环境复杂具有一定危险性。基于以上两点,水下机器人具有广阔的发展前景。其中,小型水下机器人具有运动灵活,可进入狭小区域作业的功能,因此其发展受到众多研究学者的关注。针对AUV(Autonomous Underwater Vehicle)水下续航能力以及其运动灵活性能较差的问题,本文将提出一种可以遥控操作和自主操作的结合AUV与机器鱼特点的小型水下机器人,研究内容包括其结构设计、控制系统设计和目标检测算法设计。文中将对水下机器人的国内外现状进行描述,重点是对AUV与仿生机器鱼的说明。综合考虑AUV螺旋桨推进动力大的优点与机器鱼运动灵活、能量利用率高的优点,将两种结构综合设计出一种具有不同运动模式的小型水下机器人。该机器人结构中包含螺旋桨推进器和多关节仿生鱼尾推进器。文中将针对多关节尾部推进结构进行机器人运动学和动力学分析。运动学中实现鱼体波曲线的拟合,动力学利用拉格朗日方程将机器人近似为串联杆件进行分析。本文还将对水下机器人系统进行设计,包括样机结构的设计装配和控制系统的搭建。在水下机器人样机与控制平台搭建完成后,本文将对水下机器人巡游模式和追踪模式进行运动控制。巡游模式下尾部作为推进与转弯实现工具,通过将鱼体波曲线离散多组并且多线程控制舵机实现摆动推进与转向。追踪模式下考虑动力要求与平稳性要求,使用螺旋桨推进器前进和潜浮运动的动力。尾部作为方向舵使用辅助转向。追踪包括对目标对象的检测,本文通过对先进卷积神经网络模型的精调以及对模型压缩方法的研究,在低成本嵌入式设备中进行目标的检测。在本文结尾将会通过实验验证机器人的运动状态以及目标检测效果。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
微小型水下机器人论文参考文献
[1].李作鑫.小型水下机器人载体设计及运动控制研究[D].沈阳工业大学.2019
[2].郭渺辰.小型水下机器人设计及控制方法研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[3].江健.微小型UVMS设计及水下机器人多机协作研究[D].浙江工业大学.2019
[4].董亚龙.小型水下机器人位姿检测及控制系统研究[D].上海海洋大学.2018
[5].赵阳.小型水下机器人耐压壳基本设计研究[D].大连理工大学.2018
[6].常润发.小型水下机器人控制系统的设计与实现[D].合肥工业大学.2018
[7].栾元恒,曹鹏,李义德.微小型混合式水下机器人(ARV)的设计与实现[J].烟台职业学院学报.2017
[8].卞泽武.微小型仿生水下机器人关键技术研究[D].山东科技大学.2017
[9].苗燕楠.小型水下机器人的运动控制研究[D].华中科技大学.2016
[10].路晓磊,马龙,张丽婷,孟涛,马治忠.小型水下机器人ROV应用研究[J].海洋开发与管理.2015