目錄
第1章 緒論 1
1.1 水下機(jī)器人的研究背景及意義 1
1.2 水下機(jī)器人的分類 1
1.3 水下機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3.1 遙控水下機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2
1.3.2 自主水下機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 5
1.3.3 水下滑翔機(jī)的研究現(xiàn)狀 11
1.3.4 水下仿生機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 12
1.4 水下機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)問題 13
1.5 水下機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域 15
第2章 水下機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 16
2.1 水下機(jī)器人的坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換 16
2.1.1 水下機(jī)器人的坐標(biāo)系 16
2.1.2 水下機(jī)器人的坐標(biāo)變換 17
2.1.3 速度坐標(biāo)變換 19
2.2 水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué) 20
2.2.1 欠驅(qū)動(dòng)AUV的運(yùn)動(dòng)學(xué) 20
2.2.2 水下機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué) 20
2.2.3 UVMS的運(yùn)動(dòng)學(xué) 21
2.3 水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué) 22
2.3.1 欠驅(qū)動(dòng)AUV的動(dòng)力學(xué) 22
2.3.2 水下機(jī)械手的動(dòng)力學(xué) 25
2.3.3 UVMS的動(dòng)力學(xué) 25
2.4 水下機(jī)器人的水動(dòng)力學(xué) 27
2.4.1 慣性質(zhì)量項(xiàng) 27
2.4.2 阻尼項(xiàng) 29
2.4.3 恢復(fù)力和力矩 29
2.4.4 驅(qū)動(dòng)器模型 31
2.4.5 ROV臍帶纜模型 32
第3章 水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
3.1 水下機(jī)器人系統(tǒng)的主要組成 35
3.2 水下機(jī)器人系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì) 36
3.2.1 水下機(jī)器人形體的選擇 37
3.2.2 推進(jìn)器的數(shù)量和布置 40
3.2.3 機(jī)械手、電視和照明裝置的布置 42
3.2.4 耐壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 42
3.3 水下機(jī)器人的密封技術(shù) 47
3.3.1 水下機(jī)器人的靜密封 48
3.3.2 水下機(jī)器人的動(dòng)密封 49
3.4 水下機(jī)器人的材料選擇 52
3.5 水下機(jī)器人的防腐技術(shù) 55
3.6 浮力材料技術(shù) 59
第4章 水下機(jī)器人的通信技術(shù) 61
4.1 水下機(jī)器人的有線通信 61
4.1.1 有線通信原理 61
4.1.2 有線通信系統(tǒng) 62
4.2 水下機(jī)器人的衛(wèi)星通信 63
4.2.1 衛(wèi)星通信技術(shù)在水下機(jī)器人中的應(yīng)用 63
4.2.2 北斗衛(wèi)星通信技術(shù) 64
4.3 水下機(jī)器人的水聲通信 64
4.3.1 水聲信道 66
4.3.2 水聲信道特性 66
4.3.3 水聲通信系統(tǒng) 68
4.4 水下機(jī)器人的其他形式無線通信 71
4.4.1 水下機(jī)器人的無線電通信 71
4.4.2 水下機(jī)器人的光學(xué)通信 72
4.4.3 水下電場(chǎng)通信 75
第5章 水下機(jī)器人的能源技術(shù) 76
5.1 無纜型水下機(jī)器人的能源系統(tǒng) 76
5.1.1 供電系統(tǒng)的主要方式 76
5.1.2 承壓電池技術(shù) 80
5.1.3 無線充電技術(shù) 81
5.2 有纜型水下機(jī)器人的能源系統(tǒng) 82
5.2.1 水面供電系統(tǒng) 82
5.2.2 水下供電系統(tǒng) 83
5.3 新型水下能源技術(shù) 85
第6章 水下機(jī)器人的推進(jìn)技術(shù) 86
6.1 電力推進(jìn)技術(shù) 86
6.1.1 直流電機(jī)推進(jìn) 87
6.1.2 永磁同步電機(jī)推進(jìn) 87
6.1.3 吊艙式電力推進(jìn)器 88
6.2 液壓推進(jìn)技術(shù) 88
6.2.1 液壓泵 89
6.2.2 液壓控制閥 90
6.2.3 液壓推進(jìn)系統(tǒng) 90
6.3 新型動(dòng)力推進(jìn)技術(shù) 93
6.3.1 磁流體推進(jìn) 93
6.3.2 噴水推進(jìn) 93
6.3.3 超空泡推進(jìn) 94
6.4 動(dòng)力分配系統(tǒng) 95
第7章 水下機(jī)器人的感知系統(tǒng) 97
7.1 水下聲學(xué)感知技術(shù) 97
7.1.1 側(cè)掃聲吶感知技術(shù) 97
7.1.2 前視聲吶感知技術(shù) 98
7.1.3 多波束聲吶感知技術(shù) 99
7.1.4 淺剖聲吶感知技術(shù) 100
7.2 水下視覺感知技術(shù) 101
7.3 目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別技術(shù) 102
7.4 目標(biāo)跟蹤技術(shù) 103
第8章 水下機(jī)器人的導(dǎo)航定位系統(tǒng) 109
8.1 水下組合導(dǎo)航系統(tǒng) 109
8.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)字遞推算法 111
8.3 SINS/DVL組合導(dǎo)航 115
8.3.1 DVL的工作原理 115
8.3.2 SINS/DVL松組合 116
8.3.3 SINS/DVL/PS緊組合 119
8.4 SINS/USBL組合導(dǎo)航 121
8.4.1 USBL的工作原理 121
8.4.2 SINS/USBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程 124
8.4.3 SINS/USBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)的量測(cè)方程 126
第9章 水下機(jī)器人的控制系統(tǒng) 129
9.1 無纜型水下機(jī)器人的控制系統(tǒng) 129
9.2 有纜型水下機(jī)器人的控制系統(tǒng) 136
第10章 水下機(jī)器人的作業(yè)技術(shù) 151
10.1 水下液壓機(jī)械手 151
10.1.1 水下液壓機(jī)械手的工作原理與特點(diǎn) 151
10.1.2 水下液壓機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 152
10.1.3 水介質(zhì)水下液壓機(jī)械手 156
10.2 水下電動(dòng)機(jī)械手 156
10.2.1 水下電動(dòng)機(jī)械手的工作原理與特點(diǎn) 156
10.2.2 水下電動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 157
10.2.3 水下電動(dòng)機(jī)械手的傳動(dòng)系統(tǒng) 160
10.3 特種作業(yè)工具 163
10.3.1 水下切割工具 163
10.3.2 水下液壓剪 167
10.3.3 水下清洗工具 167
10.4 水下作業(yè)工具的液壓動(dòng)力源 168
10.4.1 水下電機(jī) 169
10.4.2 液壓泵 169
第11章 水下機(jī)器人的布放回收技術(shù) 174
11.1 無纜型水下機(jī)器人的布放回收技術(shù) 174
11.1.1 水面吊放裝置 174
11.1.2 水面水下回收平臺(tái) 177
11.2 有纜型水下機(jī)器人的布放回收技術(shù) 183
11.2.1 A 形架機(jī)構(gòu) 183
11.2.2 擺動(dòng)架 184
11.2.3 絞車 185
11.2.4 排纜器 186
11.2.5 伸縮架 187
11.2.6 回收中主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制 187
11.2.7 回收中被動(dòng)升沉補(bǔ)償控制 189
第12章 典型的水下機(jī)器人系統(tǒng) 191
12.1 有纜型水下機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù) 191
12.1.1 ROV系統(tǒng)介紹 191
12.1.2 ROV案例 193
12.2 無人自主水下機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù) 201
12.2.1 AUV系統(tǒng)介紹 201
12.2.2 AUV案例 201
12.3 水下滑翔機(jī) 204
12.3.1 水下滑翔機(jī)系統(tǒng)介紹 204
12.3.2 水下滑翔機(jī)案例 205
12.4 水下仿生機(jī)器人 206
12.4.1 案例——仿生鯽魚 207
12.4.2 案例——仿生水母 209
12.4.3 案例——仿生鰻魚 211
參考文獻(xiàn) 213