微型水下机器人控制系统设计

发布时间：2020-12-03 04:25

　　随着人们对海洋开发的日益重视,自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为世界各主要强国关注和研究的重要技术装备。微型水下机器人(MicroAUV)由于其体积小、重量轻、制造成本低、隐蔽性强等优点,目前已经成为水下机器人技术发展的一个重要趋势。作为微型水下机器人的核心,控制系统性能的好坏对整个微型水下机器人的总体性能。因此,本文对微型水下机器人控制系统进行了着重的研究,研究内容主要包括控制系统硬件、软件设计和底层运动控制算法。研究成果不仅能够满足微型水下机器人自主航行和作业的基本功能需求,而且具有模块化和可移植性等优点。本文首先对微型水下机器人的基本功能和使命任务进行了论证和分析,并在此基础上确定控制系统总体设计方案。其次,完成了控制系统硬件设计和软件设计。硬件系统方面主要是具体设备选型,主控制器、节点控制器采用目前十分热门的开源硬件,降低成本,再根据开源硬件数据接口选择各型传感器和电机驱动器等设备。软件系统基于MOOS系统进行搭建,同时将整个软件系统分为四层设计:监督层、使命层、执行层和设备层。最后,根据该微型水下机器人所特有的泵喷控制... 

【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２?Ｒｉｐｔｉｄｅ微型水下机器人基本结构图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｒｉｐｔｉｄｅ?ｍｉｃｒｏ?ＡＵＶ??

Ｆｉｇ．?１．１?Ｂｌｕｅｆｉｎ?Ｓａｎｄｓｈａｒｋ?ｍｉｃｒｏ?ＡＵＶ??１．２．１．２美国Ｒｉｐｔｉｄｅ公司微型水下机器人??Ｒｉｐｔｉｄｅ微型水下机器人也是一种典型的微型水下机器人产品，如图１．２所示。其设??计上与Ｂｌｕｅｆｉｎ公司Ｓａｎｄｓｈａｒｋ微型水Ｔ机器人具有很多相似之处，但自身的特点也是十??分鲜明。Ｒｉｐｔｉｄｅ微型水下机器人也采用了模块化设计，可以根据不同的任务搭载不同的??载荷舱段，如图１．３所示。Ｒｉｐｔｉｄｅ微型水下机器人于２０１５年底完成了各项测试，２０１６??年３月向美国空间站与海战司令部（Ｓｐａｃｅ?ａｎｄ?Ｎａｖａｌ?Ｗａｒｆａｒｅ?Ｓｙｓｔｅｍｓ?Ｃｏｍｍａｎｄ，简称??ＳＰＡＷＡＲ）交付３条，２０１６年７月完成美国海军水面作战中心（Ｎａｖａｌ?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｗａｒｆａｒｅ??Ｃｅｎｔｅｒ，简称ＮＳＷＣ）验收实验，交付６条，由此可见，探索微型水下机器人在军事中??的应用已经成为世界海强国必须面对的新课题。??？－?ＵＭ．?ｒｒ—ｒ—一ｆ??图１．２?Ｒｉｐｔｉｄｅ微型水下机器人基本结构图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｒｉｐｔｉｄｅ?ｍｉｃｒｏ?ＡＵＶ??Ｒｉｐｔｉｄｅ微型水下机器人基本型长度为６３５ｍｍ，直径１２３．８ｍｍ，重量约为１１．３４ｋｇ，??最大巡航速度超过１０节

?魁??Ｃｕｓｔｏｍ?Ｖｅｈｔｄ？??图１．３?Ｒｉｐｔｉｄｅ不同载荷微型水下机器人??Ｆｉｇ．?１．３?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?Ｒｉｐｔｉｄｅ?ｍｉｃｒｏ?ＡＵＶ??１．２．１．３意大利Ｇｒａａｌ公司Ｆｏｌａｇａ微型水下机器人??Ｆｏｌａｇａ是意大利Ｇｒａａｌ公司研发的一款泵喷操控的微型水下机器人，如图１．４所示。??该微型水下机器人直径为１５５ｍｍ，长度为２１８０ｍｍ，重量约为３１ｋｇ，设计巡航速度可??选择为２节或者４节，拥有两种航行模式，第一种是ＡＵＶ模式，第二种是滑翔机模式。??ＡＵＶ模式下最大下潜深度为８０ｍ，最大续航时间为１４小时；滑翔机模式下最大下潜深??度为５０ｍ，最大续航时间不详。??图１．４?Ｇｒａａｌ?Ｆｏｌａｇａ微型水下机器人??Ｆｉｇ．?１．４?Ｇｒａａｌ?Ｆｏｌａｇａ?ｍｉｃｒｏ?ＡＵＶ??－４－??


本文编号：2895988