了得網工業技術_水下機器人控制技術

內容簡介

本書是為了使學生掌握水下機器人控制的基礎知識，具備從事水下機器人應用和開發的基本技能而編寫的。本書主要介紹兩款水下機器人控制繫統的設計與實現，全書共分為10章，內容涵蓋水下機器人控制繫統原理、組成、總體方案設計、控制繫統硬件設計、控制繫統軟件設計、控制算法仿真、水下機器人湖試等，並利用MATLAB仿真軟件實現相關控制技術的仿真和應用。

本書可作為普通高校自動化、機器人工程、測控技術與儀器等專業相關課程的教材，也可作為控制工程專業碩士研究生的學習參考資料及水下機器人工程師的培訓教材。

（責任編輯郵箱：jinacmp@163.com）

目錄

前言

第1章緒論

1.1水下機器人研究背景及意義

1.2遙控水下機器人（ROV）國內外研究現狀
目錄

前言

第1章緒論

1.1水下機器人研究背景及意義

1.2遙控水下機器人（ROV）國內外研究現狀

1.3自主水下機器人（AUV）國內外研究現狀

思考題

第2章水下檢測機器人（ROV）總體方案與結構設計

2.1引言

2.2總體方案設計

2.3本體結構設計

2.4關鍵部件選型及研制

2.5本章小結

思考題

第3章水下檢測機器人（ROV）控制繫統硬件設計

3.1控制繫統結構與原理

3.2水面控制繫統設計

3.3水下控制繫統設計

3.4本章小結

思考題

第4章水下檢測機器人（ROV）控制繫統軟件設計

4.1引言

4.2水面控制繫統軟件設計

4.3水下控制繫統軟件設計

4.4繫統調試

4.5水下試驗

4.6本章小結

思考題

第5章水下檢測機器人控制器設計

5.1引言

5.2水下檢測機器人模型的建立

5.3水下檢測機器人的PID控制算法

5.4水下檢測機器人控制仿真實驗

5.5本章小結

思考題

第6章“探海Ⅰ型”自主水下機器人（AUV）總體設計

6.1性能指標

6.2總體方案設計

6.3實體樣機研制

6.4關鍵部件選型

思考題

第7章“探海Ⅰ型”自主水下機器人（AUV）控制繫統設計

7.1控制繫統硬件設計

7.2控制繫統軟件設計

思考題

第8章“探海Ⅰ型”自主水下機器人（AUV）路徑跟蹤設計與實現

8.1路徑跟蹤原理

8.2路徑跟蹤湖面試驗

思考題

第9章“探海Ⅰ型”自主水下機器人（AUV）動力定位設計與實現

9.1自主水下機器人動力定位研究現狀和難點

9.2自主水下機器人動力定位的目的和意義

9.3“探海Ⅰ型” 自主水下機器人（AUV）動力定位原理

9.4“探海Ⅰ型” 自主水下機器人（AUV）動力定位試驗

9.5本章小結

思考題

第10章“探海Ⅰ型”自主水下機器人（AUV）聲吶目標識別

10.1Micron DST聲吶

10.2前視聲吶成像原理

10.3聲吶目標識別

10.4“探海Ⅰ型” 自主水下機器人（AUV）聲吶目標識別試驗

10.5本章小結

思考題

參考文獻

前言

隨著水下機器人在海洋資源的開發和利用過程中扮演的角色越來越重要，它已成為人類進行深海資源研究與開發的重要工具。機器人是《中國制造2025》中提出的重點發展領域之一，水下機器人作為水動力學、機械原理、控制技術、通信技術等相結合的產物，是多學科多專業共同研發的成果，是重點產品中服務機器人的一個重要分支。《機器人產業“十三五”發展規劃》提出了中國機器人產業的主要發展方向，也對服務機器人行業發展進行了頂層設計，保守估計服務機器人市場空間將。

作為服務機器人之一的水下機器人可服務於軍用和民用市場，具有廣闊的前景。由於蛙人在水下作業的環境惡劣、危險繫數高、工作強度大，許多人都不願意從事蛙人工作，聘請一位蛙人的費用也相當可觀，而且執行效率有待提高。水下機器人能夠代替蛙人在水下進行長時間高強度的作業，而且沒有危險，因此市場對水下機器人的需求越來越旺盛。水下機器人在完成任務時控制繫統是關鍵，控制繫統的優劣決定著水下機器人完成任務的成功與否和執行效率。水下機器人產業在中國蓬勃發展，不同的應用對水下機器人提出了不同的需求，對水下機器人控制繫統的要求多種多樣，故對水下機器人控制人纔培養也提出了新要求。
隨著水下機器人在海洋資源的開發和利用過程中扮演的角色越來越重要，它已成為人類進行深海資源研究與開發的重要工具。機器人是《中國制造2025》中提出的重點發展領域之一，水下機器人作為水動力學、機械原理、控制技術、通信技術等相結合的產物，是多學科多專業共同研發的成果，是重點產品中服務機器人的一個重要分支。《機器人產業“十三五”發展規劃》提出了中國機器人產業的主要發展方向，也對服務機器人行業發展進行了頂層設計，保守估計服務機器人市場空間將。

作為服務機器人之一的水下機器人可服務於軍用和民用市場，具有廣闊的前景。由於蛙人在水下作業的環境惡劣、危險繫數高、工作強度大，許多人都不願意從事蛙人工作，聘請一位蛙人的費用也相當可觀，而且執行效率有待提高。水下機器人能夠代替蛙人在水下進行長時間高強度的作業，而且沒有危險，因此市場對水下機器人的需求越來越旺盛。水下機器人在完成任務時控制繫統是關鍵，控制繫統的優劣決定著水下機器人完成任務的成功與否和執行效率。水下機器人產業在中國蓬勃發展，不同的應用對水下機器人提出了不同的需求，對水下機器人控制繫統的要求多種多樣，故對水下機器人控制人纔培養也提出了新要求。

目前，介紹水下機器人的專業書籍較少，而且部分已經無法滿足現代教學和科研的需求。以水下機器人控制繫統為實例，幾乎見不到詳細講解水下機器人控制繫統總體方案設計、硬件設計、軟件設計、控制器仿真設計、湖試等水下機器人控制技術的專業書籍，而這些知識對學生的工程素養、工程能力的培養非常關鍵。本書做了這方面的嘗試，主要考慮了自動化等相關專業本科學生的特點。首先，使學生了解遙控水下機器人（ROV）和自主水下機器人（AUV）的功能和特點，以及控制繫統的需求；其次，使學生能夠掌握水下機器人控制繫統的硬軟件設計和實現流程的方法，能夠滿足企業的用人需求；再次，使學生熟悉關鍵技術的原理和實現，如控制器設計、動力定位設計與實現、聲吶目標識別設計等，讓學生充分利用已學的經典控制與現代控制理論知識來解決問題，理論和實際相結合，十分適合自動化等方向的本科教學。本書是從近年來的科研成果中總結歸納而成的，對相關科研工作者也有借鋻意義。

本書由江蘇大學趙德安教授主審。寫作分工為：第1章、第6章、第9章、第10章由曾慶軍編寫；第2章、第3章、第4章、第7章由戴曉強編寫；第8章由張永林編寫；第5章由陳偉編寫。曾慶軍負責全書統稿。

江蘇科技大學海洋裝備研究院姚震球教授、凌宏傑助理研究員在ROV總體設計和水動力分析方面為本書提供了豐富的素材，中科探海的劉維博士、任申真博士為AUV的總體設計和控制方面提供了大量素材，在此向他們表示衷心的感謝。同時感謝碩士研究生張光義、張家敏、王倩、姚金藝、周啟潤、張震等為本書做出的貢獻。

由於作者水平有限，書中疏漏和不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

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