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腹部作业型水下机器人控制系统研制

张玮康 王冠学 徐国华 刘畅 申雄

张玮康, 王冠学, 徐国华, 刘畅, 申雄. 腹部作业型水下机器人控制系统研制[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(2): 124-132. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.016
引用本文: 张玮康, 王冠学, 徐国华, 刘畅, 申雄. 腹部作业型水下机器人控制系统研制[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(2): 124-132. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.016
Weikang ZHANG, Guanxue WANG, Guohua XU, Chang LIU, Xiong SHEN. Development of control system in abdominal operating ROV[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(2): 124-132. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.016
Citation: Weikang ZHANG, Guanxue WANG, Guohua XU, Chang LIU, Xiong SHEN. Development of control system in abdominal operating ROV[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(2): 124-132. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.016

腹部作业型水下机器人控制系统研制

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.016
详细信息
    作者简介:

    张玮康, 男, 1992年生, 硕士生。研究方向:水下机器人控制技术。E-mail:zhangweikanghust@163.com

    通信作者:

    徐国华 (通信作者), 男, 1965年生, 博士, 教授, 博士生导师。研究方向:水下机器人, 智能控制技术。E-mail:hustxu@vip.sina.com

  • 中图分类号: U674.941

Development of control system in abdominal operating ROV

  • 摘要:   目的  针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。  方法  介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H鲁棒控制器。  结果  单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。  结论  该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。
  • 图  1  腹部作业型ROV系统总体结构

    Figure  1.  The system structure of abdominal operating ROV

    图  2  腹部作业型ROV本体设备布置

    Figure  2.  The devices layout of abdominal operating ROV

    图  3  对接过程

    Figure  3.  During the docking task

    图  4  对接完成

    Figure  4.  Complete the docking task

    图  5  腹部作业型ROV控制系统结构图

    Figure  5.  The control system structure of the abdominal ROV

    图  6  水面集控台组成框图

    Figure  6.  The constitution diagram of surface monitor

    图  7  水面监控软件运行界面图

    Figure  7.  The running interface of surface monitor software

    图  8  水面监控软件模块组成框图

    Figure  8.  The constitution diagram of surface software

    图  9  耐压控制舱实物图

    Figure  9.  The compressive cabin

    图  10  水下控制器硬件结构图

    Figure  10.  The diagram of underwater controller hardware

    图  11  水下主控软件模块组成图

    Figure  11.  The diagram of underwater master controller software

    图  12  腹部作业型ROV定向控制框图

    Figure  12.  The diagram of automatic orientation

    图  13  混合灵敏度H控制框图

    Figure  13.  The diagram of mixed sensitivity H control

    图  14  标称模型下阶跃响应对比

    Figure  14.  Comparison of the step response in nominal model

    图  15  Iz增大20%的阶跃响应对比

    Figure  15.  Comparison of the step response when Iz increase 20%

    图  16  Iz增大20%,T减小20%的阶跃响应对比

    Figure  16.  Comparison of the step response when Iz increase 20% and T decrease 20%

    图  17  Iz增大20%,T减小20%,1 kn海流下的阶跃响应对比

    Figure  17.  Comparison of the step response when Iz increase 20% and T decrease 20% and the current is 1 kn

    图  18  对接过程

    Figure  18.  The ROV and UUV in docking

    图  19  对接成功后起吊出水

    Figure  19.  Lift the ROV and UUV after the docking

    图  20  自动定向试验结果

    Figure  20.  Result of the auto-heading test

    表  1  腹部作业型ROV总体技术指标

    Table  1.   The general technical specification

    指标内容
    尺寸/mm700×550×425
    重量(空气中)/kg53.8
    工作深度/m300
    电源直流稳压电源
    脐带缆直径20 mm,破断力441 kN
    推进器2台主推进器,1台侧推进器,2台垂推进器
    作业设备1台电动推杆
    导航设备1台航姿仪(集成磁罗经、深度计、倾角仪)
    观通设备2盏卤素灯,1台含云台彩色摄像机
    下载: 导出CSV

    表  2  通信周期及波特率

    Table  2.   The communication cycle and baud rate

    通信周期/ms 航姿仪/(bifs-1) 主、侧推驱动板/(bifs-1) 水面监控机/(bifs-1)
    200 19 200 9 600 9 600
    100 19 200 38 400 38 400
    下载: 导出CSV

    表  3  对接及回收试验记录

    Table  3.   Docking and recovery test

    模拟流速/kn初始艏向夹角 (°)试验次数成功次数成功率/%
    0301010100
    0601010100
    09010990
    1301010100
    16010880
    19010990
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-08
  • 网络出版日期:  2017-03-13
  • 刊出日期:  2017-04-01

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