用于水产养殖的小型水下机器人结构设计与控制技术研究

• 作 者: 韦余凤
• 机 构: 中国科学技术大学
• 出 处: 中国科学技术大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 水下机器人 结构设计 观测系统 推进控制 水产养殖

水下机器人技术的蓬勃发展为探索海底资源提供了十分便利的条件和有力的技术支持，因此逐渐成为人类探索水下世界的最主要手段，近年来受到了广泛的关注。在我国，海岸线漫长，河流湖泊众多，浅水区域分布非常广泛，随着近年来我国经济实力的增强和科技水平的迅速提高，对海洋资源的重视程度越来越高，开发力度不断加大，相关水域内的水产养殖，水文探测，矿产资源勘探，水下考古，安全监测等活动日益繁多，由此也造成了水下作业的人工成本的不断增加以及水中危险事件的频发，使人们对能够代替人工作业的水下机器人的需求愈发强烈，因此，开展适用于浅水区域的低成本，小体积，多功能的水下机器人的研究对我国科技进步和社会经济发展都有着重要的现实意义和重大的使用价值。　　
本文首先分析了当前国内外小型水下机器人的研究现状，结合我国的实际国情和社会需求，提出了用于水产养殖等浅水区域作业的民用的小型水下机器人。针对这种小型水下机器人，根据作业任务特征，首先对总体方案进行了可行性方案研究论证，然后分模块讨论了各主要部件的功能及实现方法，并对其水下运动的受力情况进行了系统的理论分析，从而为进一步优化水下机器人的主体结构和选择合适功率的推进器给出了指导性的分析。　　
在机械方面，对水下机器人的观测系统、浮力模块、螺旋桨支架、整体框架结构和控制箱的结构做了详细的设计及加工安装，完成水下机器人的机械结构的模块化设计和整机的装配。对水下机器人进行运动力学研究，为运动控制系统奠定基础。在控制系统软硬件设计方面，对系统的各个模块的功能和应用做了详细的介绍，采用LCD液晶模块对手柄和电位器的的输入进行实时显示，便于后续编程控制。对直流电机和步进电机的驱动以及跟STM32单片机的I/O口通讯做了详细的介绍，编写控制程序及调试。　　
最后，对水下机器人的程序进行调试，在各个模块集成整合和程序完善的基础上进行水下实验，得到相关的性能参数，以便后续扩展机器人的功能模块和不断提高机器人系统的稳定性。