欠驱动式水下监测机器人航路点轨迹跟踪控制技术研究.docx

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1、欠驱动式水下监测机器人航路点轨迹跟踪控制技术研究 信息学院开展了水下传感器网络组网试验与自主水下航行器的SLAM导航与协调限制方法的探讨12-14；中国科学院海洋探讨所研制了用于近海海洋环境检测的轻型遥控机器人，可以检测腐蚀电位、温度、深度等16个参数9，北京高校工学院、北京理工高校自动化学院和北航自动化学院在水下多智能体系统的协调限制方法方面进行了深化的探讨，等。我国对海洋特定区域的海洋环境断面、剖面观测仍旧存在肯定的技术局限，一是水下监测设备的采样实力不足，监测频率低，机动监测实力不足。二是是仅限于海水表面的监测，对肯定深度的海水缺乏动态监测手段；或者仅限于某些固定海疆的垂直剖面监测，缺乏

2、精细化监测/观测实力。海洋水下剖面观测机器人平台，成为填补观测空白的手段之一。水下剖面监测机器人要实现对预定剖面轨迹航路点的跟踪观测，其轨迹跟踪限制技术是实现高精度剖面观测的关键技术，但由于海流扰动等因素的影响，很难精确限制机器人的位置和姿态15，16；另一方面，水下机器人自身蓄电池能量有限，综合考虑外界洋流影响、航路点跟踪精度和驱动能量消耗的前馈-反馈最优跟踪限制技术是须要解决的关键科学问题之一。 图1为项目组设计的水下剖面监测机器人限制器17-19，包括置于船载限制箱内的限制器1和置于水下机器人仪器舱内的限制器2， 二者通过脐带电缆进行通信，限制器1实时采集船载限制器限制面板的遥控限制指令

3、，并将限制指令根据自定义的通信协议进行编码和组装成帧，经由通信模块发送到水下限制器2；水下限制器2实时接收船载限制器1发送的协议帧，并进行协议解码，根据协议格式解析出限制指令，进而限制继电器驱动板上的对应的继电器的开关动作，从而实现对水下机器人运动位置和姿态的限制20。该限制器可以实现手动操控机器人和机器人的快速自动轨迹跟踪限制的自动切换。水下机器人限制器一般采纳集中限制方式，仅在水下机器人仪器舱内设有一个限制器，通过多芯脐带电缆将岸上的限制吩咐发送到水下限制器进行采集，摇杆状态与电缆的芯数相对应，这样会增加脐带电缆的重量，对水下机器人的姿态限制带来了外界不利影响。供电方式多采纳船载220VA

4、C电源干脆供电方式，通过脐带电缆为水下机器人供电，水下机器人仪器舱内设有电压转换模块；但由于沟通电会对通信质量带来影响，使通信误码率较高，水下推动器出现误动作的几率较高。另外，若船载干脆转换为水下限制器电路板所需的工作电压，则电压在传输过程中由于电容效应会出现压降，达不到限制板电路板的正常工作电压。限制器之间较多采纳485通信方式，其传输距离多能达到1010米左右，由于受到水下扰动的影响，其传输距离进一步缩短；485通信方式难以满意剖面监测具有的大范围、高深度监测的特点。一般情形下光缆通信方式传输距离能达到几公里，而且光缆通信质量好，误码率极低，质量轻，对水下剖面监测机器人带来的扰动小，有利于

5、机器人的精确限制，但较长的通信距离会引入较大的限制时滞21，22，导致限制性能下降甚至发散，不能精确跟踪预定的航路点9。如何克服时滞对限制性能的不利影响，设计高速通信网络情形下的带有时滞的、能有效抑制洋流影响的网络化最优跟踪限制方法是须要解决的关键科学问题之一。为了减小机器人到达预定航路点的时间，探讨有限时间的轨迹点跟踪限制方法23，24，设计一种快速无抖振的水下剖面监测机器人限制器是须要解决的关键问题之一。 第3页 共3页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页第 3 页 共 3 页