浅水水下机器人运动监控系统研究

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浅水水下机器人广泛应用于水库堤坝检查、核电站检查、海上钻井平台水下部分的监测与修复,沉船考古、海底光缆检测、海带收割、绿藻探查以及水雷布放、猎雷与扫雷、水下侦察等等众多民用与军用领域。   SUSD水下机器人作为某浅水水域安防监控系统关键技术研究成果,是一个开架式、操作简便、功能强大、实用性强的小型水下工具;配有摄像机、声纳以及机械手等搭载设备,具备探查、捕获水中特定大小的悬浮和沉底不明可疑物能力。为了提高系统的实用性,使船上的操作者可在上位机人机界面中实时监控机器人的水下运行情况,并通过操控器控制其在水中纵向、横向、升潜运动,本文对SUSD的运动监控系统进行了研究与设计。   本文首先介绍SUSD水下机器人的功能特点,说明机器人各项设计指标以及实际作业环境状况。其次对水下机器人进行动力学分析,建立运动模型,并针对本文的控制任务,重点讨论了垂直面的动力学特性,给出了符合运动特性的垂直面非线性方程。然后结合外形相同的开架式水下机器人相关资料,计算并且确定动力学方程中的水动力参数。在对比各类控制器的优缺点的基础上,最终选择便于实际操作的模糊控制方法,并在MATLAB环境中对其进行仿真得到仿真曲线,验证了其有效性和正确性。再次,根据监控系统的功能要求编写人机界面,界面上包括:湿度显示、姿态仪表显示、三维姿态重构显示、图像显示、电压监控、摄像机控制等部分。最后对SUSD水下机器人运动监控系统进行了实验,实验表明本文所研究设计的运动监控系统实用方便,定深运动控制达到预定的效果。
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