水下机器人ROV讲课教案
最新水下机器人ROV讲解学习
3.1.5 水下机器人关键技术 ①能源技术 ②精确定位技术 ③零可见度导航技术 ④材料技术 ⑤作业技术 ⑥声学技术 ⑦智能技术
⑧回收技术
3.2 水下机器人结构 ①载体结构特点 ②推进模式 ③动力供给 ④ 密封及耐压 ⑤ 防腐技术
3.3 水下机器人控制 3.3.1 控制基本类型
遥控型水下机器人 自治型水下机器人 监控型水下机器人
3.3.2 控制方法 底层控制
高层控制
3·3·3 控制系统结构及发展
有缆水下机器人和无绳水下机器人的控制技术既有相同之处， 也有不同之处，但两者的控制机理是相同的。从控制系统结构的角 度来看，它们的底层控制相同，只是高层控制有所不同。
有缆水下机器人 (ROV)控制系统的设备大体上可以分为三部分:
水上控制设备
AUV的控制问题涉及到许多方面
如机器视觉、环境建模、决策规划、回 避障碍、路径规划、故障诊断、坐标变 换、动力学计算、多变量控制、导航、 通讯、多传感器信息融合以及包容上述
内容的计算机体系结构等
AUV可分为预 编程型和智能型
预编程型是指AUV在完成使 命的过程中完全执行预定的程序， 在机器人下水前，操作人员根据 使命需求，采用专门的语言编制 使命程序，并将使命程序下装到
到吊放钢缆的作用，
e.皑装主缆
在运动载体上安装摄像机、成像声纳，构成载 体的基本系统。在需要作业时，可再加装1--2
水下机械手和多种水下作业工具。
f.观察作业设备
g. 控制间
内放控制台及供电设备，简单维修设备等。它是水 下载体的驾驶、监视、操作、指挥中心。
a. 潜水器
b.中继器
水
下
c.吊放系统
机
器 人
遥控水下机器人(ROV)海底资料可视化模型构建
遥控水下机器人(ROV)海底资料可视化模型构建海底地形是海洋地质学、海洋地球物理学、物理海洋学和海洋生物学等研究的基础资料。
海底地形的复杂性是影响海洋要素分布的重要因素之一，也是海洋海流呈现多样化的重要原因,也影响到了海洋水团的来源和性质;另外，对海洋资源的数量及多样性也有重要影响;对海洋沉积物类型的空间分布及厚度影响更为直接形象。
海底地形测量及可视化是地形数据解释的关键，海底视像调查是海底地形观测的重要技术手段。
采用ROV（Remotely Operated Vehicles,）进行海底地形视像观测，是一种极高效率的可视化工具，通过R0V获取的大量视频和图像资料，有极大的数据挖掘潜力。
本文介绍了R0V视像调查工作手段，评述了一种基于工业软件的数据处理流程，并详细阐述了利用R0V的视频和图像资料生成3D可视模型的处理方法，该方法将为海洋地质调查提供一种全新的可视化海底地形探测手段。
一、研究背景目前有多种形式的海底地形测量方法，其中海底视像调查已经被广泛地应用于各种各样的海洋科学研究中包，从而成为重要的海底地形测量方法之一。
海底视像调査是利用水下摄影设备对海底目标或局部地形进行的直接可视化的测量工作,目的是确定海底摄影目标的形状、大小、位置和性质，或局部地形的起伏状态。
水下机器人（ROV （Remotely Operated Vehicle,以下简称ROV）,是一种具有智能功能的水下遥控潜水器。
ROV可以通过配置摄像头和多功能机械手,携带具有多种用途和功能的声学探测仪器以及专业工具进行各种复杂的水下作业任务。
其中利用ROV 录像探测海底信息并对海底目标物进行直接目视观测被认为是ROV的重要作业手段之—。
传统上使用的ROV大多应用于可视观测、携带特定传感器作业以及回收实体样品等精细调查。
当需要高精度定位取样时,样品釆集经常依赖于水下定位系统提供的目标位置和摄像机实时传输的视像信息。
由于R0V是定点作业，釆集的视像信息范围有限，如果不对作业区提前进行全面的调査,研究人员则没有把握在科学或工程上最相关的区域进行观测或取样。
【课件】水下机器人ROVppt
3.1.1 概述
水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去 完成水下作业任务的装置。
水下机器人具有四个基本特点。
(1)可移动性 (2)能够感知机器人的外部和内部环境特性 (3)拥有完成使命所需的执行机构 (4)能自主地或在人的参与下完成水下作业 3.1.2 水下机器人分类及用途
制系统、电缆等构成
目前，随着计算机技术在ROV中的广泛应用，人们将采 用更新型技术，如多媒体技术、临场感技术以及虚拟现实技术， 更形象化地实现对ROV的控制。
任何事物总是一分为二的，ROV的脐带电缆是一个不利因 素，它约束了ROV的活动范围，增加了水面设备的成本，在复 杂环境中尤其迸入复杂结构内部将危害着ROV的安全，因而解 脱这种束缚是各国水下机器人专家追求的目标，这就是自治水 下机器人AUV技术得以发展的理由。
3.3.2 控制方法 底层控制 高层控制
3·3·3 控制系统结构及发展
有缆水下机器人和无绳水下机器人的控制技术既有相同之处， 也有不同之处，但两者的控制机理是相同的。从控制系统结构的角 度来看，它们的底层控制相同，只是高层控制有所不同。
有缆水下机器人 (ROV)控制系统的设备大体上可以分为三部分:
3.1.5 水下机器人关键技术
①能源技术
②精确定位技术
③零可见度导航技术
④材料技术
⑤作业技术
⑥声学技术
⑦智能技术
⑧回收技术
3.2 水下机器人结构 ①载体结构特点 ②推进模式 ③动力供给 ④ 密封及耐压 ⑤ 防腐技术
3.3 水下机器人控制 3.3.1 控制基本类型
海洋探险机器人课程设计
海洋探险机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解海洋探险机器人的基本组成、功能和原理；2. 学生掌握海洋生物、地形地貌等相关知识，并了解其在海洋探险中的应用；3. 学生了解我国在海洋探险领域的发展现状及成就。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的海洋探险机器人方案；2. 学生通过小组合作，提高沟通协调、问题解决和团队协作能力；3. 学生能够运用信息技术，收集、整理和分析海洋探险相关资料。
情感态度价值观目标：1. 学生对海洋探险产生兴趣，培养探索精神和创新意识；2. 学生认识到海洋资源的重要性，树立保护海洋环境的意识；3. 学生通过了解我国在海洋探险领域的成就，增强国家自豪感。
课程性质：本课程为跨学科综合实践活动课程，结合了科学、技术、工程、数学等多学科知识。
学生特点：六年级学生具备一定的自主学习能力和合作精神，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手操作。
教学要求：教师需采用项目式教学，引导学生主动探究，注重培养学生的实践能力和创新精神。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
教学内容一、教学内容1. 引言：介绍海洋探险机器人的背景、意义及在现实生活中的应用。
教材章节：《机器人技术》第一章“机器人概述”2. 海洋探险机器人基本原理与组成：- 机器人基本原理：传感器、执行器、控制系统等；- 机器人组成：外壳、驱动系统、导航系统、通信系统等。
教材章节：《机器人技术》第二章“机器人的结构与原理”3. 海洋生物、地形地貌及海洋环境：- 海洋生物：常见生物分类、特点及与机器人的关系；- 地形地貌：海底地形、地貌特征及对机器人探险的影响；- 海洋环境：海洋气候、水温、盐度等对机器人探险的影响。
教材章节：《海洋科学》第一章“海洋生物与环境”4. 海洋探险机器人设计与制作：- 设计原则：实用性、稳定性、经济性等；- 制作过程：选材、加工、组装、调试等；- 创新思维：如何优化设计，提高机器人性能。
水下机器人教程
海洋占地球表面积的71％，它拥有14亿立方公里的体积。在海 底及海洋中，蕴藏着极其丰富的生物资源及6000亿亿吨的矿产资源。 海底锰的藏量是陆地的68倍，铜的藏量为22倍，镍为274倍，制造 核弹的铀的储藏量高达40亿吨，是陆地上的2000倍。海洋还是一个 无比巨大的能源库，全世界海洋中储存着2800亿吨石油，近140亿 立方米的天然气。因此，洋底的探测和太空探测类似，同样具有极 强的吸引力、挑战性。
CR-01水下机器人的本体长4.374米，宽0.8米，高0.93米，它在空气中的重量为 1305.15公斤，它的最大潜深6000米，最大水下航速2节，续航能力10小时，定位 精度10～15米。它是一套能按预订航线航行的无人无缆水下机器人系统，它可以 在6000米水下进行摄像、拍照、海底地势与剖面测量、海底沉物目标搜索和观察、 水文物理测量和海底多金属结核丰度测量，并能自动记录各种数据及其相应的坐 标位置。
众所周知，海底世界不仅压力非常大，而且伸手不见五指，环 境非常恶劣。不论是沉船打捞、海上救生、光缆铺设，还是资源勘 探和开采，一般的设备很难完成。于是人们将目光集中到了机器人 身上，希望通过机器人来解开大海之迷，为人类开拓更广阔的生存 空间。 水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去完成 水下作业任务的装置。
AUV自带能源，无绳水下机器人的控制模式采用自治控制方式。所谓自治 是指水下机器人具有一定的智能，在水中可根据水下环境和作业任务自动完成轨 迹规划、障碍回避、作业实施。受人工智能发展水平的限制，目前可实用的水下 机器人还不能完全实现自治控制，每次作业前由人对作业任务进行分解并进行任 务规划，以预编程的控制方式保证水下机器人按事先计划的程序完成作业。
水中机器人入门级教程
三个基本服务函数
3、三个基本服务函数 1获取角度函数Angle(CPoint point,CPoint aimer);2获取距离函 数Distance(x,y)；其中形参都是定义为“类”。3转换角度函 数Checkangle(double dir)形参类型是双精度。大家有英文字 母的含义应该就了解函数的作用了。记住三个函数的功能： ①Angle(CPoint point,CPoint aimer) //声明函数，两个类 的形参point和aimer { double a; a=atan2((double)(aimer.y-point.y),(double)(aimer.xpoint.x));//就是求一个反正切的角度 return a;//返回一个角度值，范围是[-π/2,π/2](这个很重 要，记住范围) }
4
二、鱼池的基本模型定义
12
二、鱼池的基本模型定义，如图
8
10
A
F
B X
程序中定义坐标系的方式为，以Ａ 点为坐标系原点，ＡＢ为Ｘ轴且右 球门1 J 为正向，ＡＤ为Ｙ轴且下为正向。 ＡＢ就是鱼池的长度，在大平台软 件中表现为像素的多少，在６４０ D 到７２０的范围内。ＢＣ就是鱼池 Y 宽度大平台表现像素的大小，在 ３６０到４８０的范围内。Ｏ点 就是比赛的发球点，在ＥＦ中线和ＪＫ中线交 点上。鱼池分左半场与右半场，和上下半场。共 有两个球门。 在程序中判断鱼在左还是右半场，就是判断鱼 的Ｘ坐标是否大于中线ＥＦ的Ｘ坐标，同理判断 鱼在上还是下半场就是判断鱼的Ｙ坐标是否大于 ＪＫ中线的Ｙ坐标。
点到点函数的讲解
点到点函数的讲解 所谓点到点函数就是我们所说的P2P（point to point）说白了就是两点间距离 ，大家了解一下就行，编程会用就行。
水下潜器
ROV的控制技术 —— ROV的组成
(2)脐带缆管理系统与收放机构:绞车+排缆器+（中继器）
绞车
自动排缆器
ROV的控制技术
(2)脐带缆管理系统与收放机构:绞车+排缆器+（中继器）
水平运动推力器推力：
HT
X Y
N
HT1 HT2 HT3 HT4
1 1 0 0
KH
0
0
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r1 r1 r3 r4
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uu34HHTT
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v j,rel
v j,rel
脐带缆在水中的微元
ROV的控制技术 —— 受力与建模
I yq (I x I z )rp m zG u wq vr xG w pv uq M I z r (I y I z ) pq m xG v ur pw yG u qw vr N
主控电脑 手动控制手柄 监视器/控制界面
大学水下无人机课程设计
大学水下无人机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解水下无人机的基本原理，掌握其结构组成及工作方式；2. 学生能够掌握水下无人机在水下探测、监测及救援等领域的应用；3. 学生能够了解水下无人机技术的发展趋势及其在未来水下领域的发展前景。
技能目标：1. 学生能够独立操作水下无人机，完成预定的水下任务；2. 学生能够分析水下环境，合理选择无人机参数，提高无人机在水下的工作效率；3. 学生能够运用所学知识解决实际水下问题，具备一定的创新能力和实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习水下无人机课程，培养对水下科技的兴趣，提高探索未知世界的热情；2. 学生能够认识到水下无人机在海洋资源开发、环境保护等方面的重要性，增强社会责任感和使命感；3. 学生在团队协作中，培养沟通与协作能力，提升个人综合素质。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，结合理论知识与实际操作，培养学生具备水下无人机操作与应用能力。
学生特点：学生具备一定的理论基础，对新技术充满好奇，喜欢动手实践，但需加强对水下环境的认识。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的操作技能和解决实际问题的能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度变化，引导他们树立正确的价值观。
通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 水下无人机基础知识：包括水下无人机的发展历程、分类及基本原理，使学生了解水下无人机技术的演变及其在水下作业中的应用。
教学内容关联教材章节：第一章 水下无人机概述2. 水下无人机结构与工作方式：详细讲解水下无人机的结构组成、动力系统、控制系统及其工作方式。
教学内容关联教材章节：第二章 水下无人机结构与原理3. 水下无人机应用领域：介绍水下无人机在水下探测、监测、救援等领域的应用，分析实际案例，让学生了解水下无人机技术的实际价值。
教学内容关联教材章节：第三章 水下无人机应用4. 水下环境与无人机参数选择：分析水下环境对无人机性能的影响，教授如何根据实际需求选择合适的无人机参数。
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3.1.1 概述
水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去 完成水下作业任务的装置。
水下机器人具有四个基本特点。 (1)可移动性 (2)能够感知机器人的外部和内部环境特性 (3)拥有完成使命所需的执行机构 (4)能自主地或在人的参与下完成水下作业 3.1.2 水下机器人分类及用途
常规的传感器包括：
成像声纳、罗盘、深度压力 传感器、高度计等。
水下计算机、驱动器、控制模块，
水下电子单元包括：
安装在常压的密封仓内。
动力、压力、温度、漏
系统监视所需要的传感元件包括:。
水等
b.中继器 c.吊放系统
为了能迅速、准确地将潜水器送到预定 工作水深和较快地收回到水面，同时为 了减弱母船摇摆及脐缆所受海流阻力给 潜水器运动和作业带来的附加阻力、干 扰和影响，一般有缆遥控水下机器人配 置中继器。中继器内储存系缆，并装有 系缆驱动收放机构，潜水器非工作状态
施，所有电气设备都需满足 船用电气设备的规范要求。
b·通讯系统 为水下机器人系统 的各个工作站点 (控制间、水面 设备、船长室)提供有线或无线
的通讯联系。
(5)中继器系统
中继器 (TMS)是有缆遥控水下机器人系统的重要设备之一。为 保持水下机器人本体在水下具有良好的动作灵活性、运动平稳性和 可操作控制性，在本体与吊放系统之间设置中继器。中继器直接由 皑装主缆吊放，在中继器与潜水器之间由具有中性浮力的系缆连接， 这样既消除皑装主缆、母船的升沉、纵倾和横摇等对它的影响，也 减少了本体推进系统所需功率，充分地发挥其本身的最大效率。
到吊放钢缆的作用，
e.皑装主缆
在运动载体上安装摄像机、成像声纳，构成载 体的基本系统。在需要作业时，可再加装1--2
水下机械手和多种水下作业工具。
f.观察作业设备
g. 控制间
内放控制台及供电设备，简单维修设备等。它是水 下载体的驾驶、监视、操作、指挥中心。
a. 潜水器
b.中继器
水
下
c.吊放系统
机
器 人
制系统、电缆等构成
目前，随着计算机技术在ROV中的广泛应用，人们将采 用更新型技术，如多媒体技术、临场感技术以及虚拟现实技术， 更形象化地实现对ROV的控制。
任何事物总是一分为二的，ROV的脐带电缆是一个不利因 素，它约束了ROV的活动范围，增加了水面设备的成本，在复 杂环境中尤其迸入复杂结构内部将危害着ROV的安全，因而解 脱这种束缚是各国水下机器人专家追求的目标，这就是自治水 下机器人AUV技术得以发展的理由。
AUV的控制问题涉及到许多方面
如机器视觉、环境建模、决策规划、回 避障碍、路径规划、故障诊断、坐标变 换、动力学计算、多变量控制、导航、 通讯、多传感器信息融合以及包容上述
内容的计算机体系结构等
AUV可分为预 编程型和智能型
预编程型是指AUV在完成使 命的过程中完全执行预定的程序， 在机器人下水前，操作人员根据 使命需求，采用专门的语言编制 使命程序，并将使命程序下装到
机器人上的控制计算机中
AUV可分为预 编程型和智能型
智能型AUV则具有在未知环境申建立环境模型、 根据模型重新决策和规划的能力。这种机器人比
较复杂，是当前学术界研究的重点。
ROV控制
预编程型AUV控制
智能型AUV控制
3.4 有缆遥控水下机器人 3.4.1 系统组成
有缆遥控水下机器人通常由水下潜水器本体、 中继器、零浮力脐带缆、水上吊放系统、绞车系统、
d. 系缆
本 体
e.皑装主缆
f.观察作业设备
g. 控制间
(2) 控制系统
有缆遥控水下机器人的控制系统通常由水面控制、水下控 制、信息采集、信号传输、执行机构控制等儿个部分组成。
(3) 传感器
a·监视系统 主要指用于水下机器人水下 搜索和水下观察的设备，一般包括有水下 摄像机、云台及照明、成像声纳、声学和
磁学定位系统等。
b·监控系统 主要指介人水下机器人 运动控制和保障系统正常运行所需 要的传感设备，一般包括有深度计、 高度计、方向罗盘、温度、压力、
电压电流等。
(4)动力及通讯 传输系统
a·动力系统 为水下机器人水 上设备 (水面控制单元、控制 间、维修间、水面设备)和水 下设备 (中继器、水下机器人 本体)提供动力分配及保护措
水上控制设备的功能是监视和 操作水下载体，并向水下载体
提供所需的动力
水下控制设备
水下控制设备的功能则是执行水面 的命令，产生需要的运动以完成给
定的作业使命
脐带电缆
脐带电缆用来传递信息 和输送动力
ROV控制系统由
航行控制系统、导航定位系统、 信息采集系统、观察系统、作业 设备控制系统、水面支持设备控
3.1.5 水下机器人关键技术 ①能源技术 ②精确定位技术 ③零可见度导航技术 ④材料技术 ⑤作业技术 ⑥声学技术 ⑦智能技术
⑧回收技术
3.2 水下机器人结构 ①载体结构特点 ②推进模式 ③动力供给 ④ 密封及耐压 ⑤ 防腐技术
3.3 水下机器人控制 3.3.1 控制基本类型
遥控型水下机器人 自治型水下机器人 监控型水下机器人
时将与中继器联锁在一起。
用以投放、回收中继器和潜水器。吊放系 统通常采用门形结构、液压驱动，并设有
消摆机构和脐带电缆的储存。
用于潜水器和中继器之间机械软连接及能源馈送和信息 传输。系缆套穿浮力材料以使其在水中为零浮力，从而
减小水流阻力对本体的干扰。
d. 系缆
在吊放架与中继器之间完成机械软连接、能源输送、 信息传输的作用。它是钢丝皑装结构，以便同时起
3.3.2 控制方法 底层控制
高层控制
3·3·3 控制系统结构及发展
有缆水下机器人和无绳水下机器人的控制技术既有相同之处， 也有不同之处，但两者的控制机理是相同的。从控制系统结构的角 度来看，它们的底层控制相同，只是高层控制有所不同。
有缆水下机器人 (ROV)控制系统的设备大体上可以分为三部分:
水上控制设备
铠装脐带缆、控制系统和动力系统组成
(1)水下机器人本体
a. 潜水器
潜水器是携带观察和作业工具设备的运动载体。在开式框
架结构件上方的浮力块，保证潜水器全负荷时水中浮力基本为 零;
在水平、侧向和垂直方向都装有推进器安置云台，在其上装有电
视摄像机和照明灯。