小型水下测量机器人的组成及其运动控制系统的设计

　　以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人（AUV） 为基础， 对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析。 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。

　　近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。

　　随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles， AUV），载体采用模块化设计思想， 可根据需要适当增减作业或传感器模块， 载体采用鱼雷状流线外形， 总长约2 m， 外径25 cm， 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块， 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器， 支持光纤通讯， 载体可外挂声学设备， 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业， 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1 所示［1］。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。