解決傳統(tǒng)難題 開創(chuàng)技術(shù)新路
在海底觀測領(lǐng)域，已有大量關(guān)于傳統(tǒng)水下機(jī)器人構(gòu)型(AUV、ROV)的研究工作，同時也有諸多輪式和腿式機(jī)器人的探索。然而現(xiàn)有技術(shù)方案仍存在明顯局限性。輪式和腿式機(jī)器人在面對崎嶇地形時，往往受到障礙物和傾斜表面的限制，嚴(yán)重影響其性能發(fā)揮。而懸浮式機(jī)器人雖然具有較強的復(fù)雜地形通過能力，但在近海底運動與作業(yè)時，尤其是上升過程中，容易引起沉積物擾動，導(dǎo)致泥沙再懸浮，降低觀測能見度。這些問題凸顯了目前水下機(jī)器人方案的不足。 基于對這些技術(shù)難題的深入研究，王剛教授團(tuán)隊經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)，成功開發(fā)出具有創(chuàng)新性的MUV系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過獨特的構(gòu)型設(shè)計、先進(jìn)的環(huán)境感知技術(shù)和精準(zhǔn)的運動控制方法，成功克服了傳統(tǒng)水下機(jī)器人難以兼顧機(jī)動性和環(huán)境低擾動的技術(shù)瓶頸。在南海實地海試中，團(tuán)隊全面驗證了相關(guān)理論與方法的有效性，使近海底環(huán)境觀測距離達(dá)到了厘米級別。
MUV三大創(chuàng)新突破詳解
1.提高M(jìn)UV對于海底環(huán)境的適應(yīng)性
針對傳統(tǒng)水下機(jī)器人在近海底運動時導(dǎo)致泥沙再懸浮的問題，研究團(tuán)隊提出了創(chuàng)新性的MUV構(gòu)型方案。該方案采用工程化設(shè)計思路，通過獨特的推進(jìn)裝置構(gòu)型設(shè)計，成功優(yōu)化了機(jī)器人上升時的尾流分布特性，最大程度降低了對底部沉積物的擾動。這種設(shè)計在保持卓越運動性能的同時，實現(xiàn)了在海底復(fù)雜地形中的高效運動和精準(zhǔn)觀察能力。
2.提升MUV對于外界干擾的感知能力
在近海底運動過程中，MUV的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要，特別是當(dāng)與海底距離極近時，即使是瞬時的失穩(wěn)也可能導(dǎo)致觸底事故，造成任務(wù)失敗或設(shè)備損壞。為確保MUV的穩(wěn)定性，研究團(tuán)隊采用了精確的模型辨識技術(shù)，全面獲取敏捷水下機(jī)器人的動態(tài)特性。這使得MUV能夠在復(fù)雜的流場環(huán)境中，準(zhǔn)確識別流場對其運動趨勢的影響。
同時，團(tuán)隊構(gòu)建了低噪聲的角加速度反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)了對MUV所受外界干擾的實時監(jiān)測。經(jīng)過嚴(yán)格的試驗驗證，該系統(tǒng)能夠有效應(yīng)對相當(dāng)于MUV自身重量30%的重物下墜所產(chǎn)生的瞬時沖擊干擾，有力保證了MUV在近海底環(huán)境中的運動穩(wěn)定性。通過這些技術(shù)措施的綜合應(yīng)用，研制的MUV樣機(jī)展現(xiàn)出敏銳的外界干擾感知能力和快速調(diào)整能力，確保了其在復(fù)雜多變的海底環(huán)境中保持穩(wěn)定運行，顯著提升了水下機(jī)器人近海底運動的安全性和可靠性。
3.提高M(jìn)UV對于海底復(fù)雜地形的適配性
針對MUV的特殊構(gòu)型特點，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種創(chuàng)新性的考慮姿態(tài)限制的軌跡跟蹤算法。該算法充分利用MUV的全姿態(tài)控制能力，使其能夠在復(fù)雜地形中靈活調(diào)整自身姿態(tài)，更好地適應(yīng)各類地形變化。例如，在通過狹窄縫隙和崎嶇地形時，MUV可以通過精確調(diào)整旋轉(zhuǎn)姿態(tài)角，確保順利通過，為海底探測工作提供了極大便利，有效提升了在復(fù)雜海底環(huán)境中的作業(yè)能力。
