水下結(jié)構(gòu)檢測ROV的研制及導(dǎo)航定位研究.pdf

1、遙控水下機(jī)器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)是進(jìn)行水下作業(yè)的有效工具，能夠執(zhí)行勘探、檢修、巡查等任務(wù)。隨著海洋資源的不斷開發(fā)，很多水下結(jié)構(gòu)物需要周期性的檢測與清污，這就不僅要求水下機(jī)器人能夠在水中浮游勘察，還需具備爬壁清污的能力。因此，開發(fā)具有浮游、爬壁功能，可以同時檢測與清污作業(yè)的新型 ROV十分必要。本文結(jié)合江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項目，參與設(shè)計并研制了一款模態(tài)切換水下機(jī)器人(Model-Conve

2、rted ROV，MC-ROV)樣機(jī)，在浮游與爬壁清污之間自由切換，并開展了導(dǎo)航定位研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　闡述了MC-ROV本體電氣系統(tǒng)的設(shè)計與測試。該系統(tǒng)分為兩部分，即電子艙與電機(jī)驅(qū)動艙。電子艙包括視覺單元、運(yùn)動切換單元、報警保護(hù)單元、傳感單元及主控單元，電機(jī)艙主要涉及電機(jī)驅(qū)動模塊及其保護(hù)與散熱。
　　設(shè)計了MC-ROV上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)由計算機(jī)、控制箱和手柄組成，具有人機(jī)交互和顯控功能。其中計算機(jī)人機(jī)交互界面

3、基于VB開發(fā)，包括視頻顯示、控制、數(shù)據(jù)保存、3D姿態(tài)、報警等。
　　針對MC-ROV的水下運(yùn)動，完成了微慣性組合導(dǎo)航軟硬件系統(tǒng)設(shè)計，包括3軸加速度計、3軸陀螺儀、3軸磁羅盤及深度傳感器，采用STMF4芯片作為處理器，并進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)解算。
　　深入研究了MC-ROV導(dǎo)航與定位算法，設(shè)計了新穎的基于互補(bǔ)濾波和無味卡爾曼濾波(Unscented Kalman Filter，UKF)的姿態(tài)算法，水池實驗獲得了良好效果。同時，研究了梯

4、度下降法在四元數(shù)更新中的補(bǔ)償作用和互補(bǔ)集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition，CEEMD)在陀螺儀中的去噪作用。此外，基于數(shù)值模擬計算出的水動力系數(shù)，建立了MC-ROV動力學(xué)模型，研究了在波浪擾動時MC-ROV近水面的動力定位控制問題，設(shè)計了基于非奇異終端滑模(Non-singular Terminal Sliding Model，NTSM)和UKF的控制