水下机器人深度调节装置设计开题报告

[6]Farr, N., Bowen, A., Ware, J., Pontbriand, C. & Tivey, M. 2010 An integrated, underwater optical/acoustic communications system. In IEEE Oceans Conf., Sydney, Australia, May 2010,pp. 1–6. IEEE.
[5]Tunnicliffe, V., Barnes, C. & Dewey, R. 2008 Major advances in cabled ocean observatories(VENUS and NEPTUNE Canada) in coastal and deep sea settings. In IEEE/OES US/EU-Baltic Int. Symp., Tallinn, Estonia, May 2008, pp. 1–7. IEEE.
国内外研究动态
水下机器人在20世纪50年代初诞生时，由于所涉及的新技术还不够成熟，电子设备的故障率高，通信的匹配以及起吊回收等问题没有很好解决，因此发展不快，没有受到人们的重视。到了60年代，国际上开始两大开发技术，即宇宙和海洋开发，促使远距离操纵型机器人得到了很快的发展，到了80年代，由于海洋开发与军事上的需要，尤其是水下机器人本体所需的各种材料及技术已得到了较好的解决，水下机器人才得到了很大发展，开发出了一批能工作在各种不同深度，进行多种作业的机器人，可用于石油开采、海底矿藏调查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和检查、海上养殖、江河水库的大坝检查及军事等领域。
选题的依据与意义
将来的水下自动机器人将引入人的智能，更多地依赖传感器和人的智能。还要在水下自动机器人上安装水下机械手，使水下自动机器人具有作业能力，这是一个长远的目标。而现阶段，水下机器人关于水下精准定位的问题是水下机器人需要解决的最基本的问题。而水下条件错综复杂，只有实现水下精准定位，才能为水下机器人的进一步优化打下坚实基础。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
基本内容
整个水下机器人硬件由两部分组成：一部分是所有电子器件安装的基础部分，另一部分是用于保护的保护性外壳。
（1）
主控制MCU以及相关外围电路，MCU采用STM32F103单片机，其内置高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的32位的ARMCortex-M3内核，具有丰富的I/O 接口可以与外部传感器模块进行高效通信，用其做主控制器可以减少使用外部器件从而简化电路，降低整个电控系统的成本。主板MCU分为水上，水下两部分。水下部分：用于传感器数据采集，深度控制。水上部分用于数据的发送，接收以及组网 ，控制通信部分RS485。
本课题旨在设计并制作水下机器人系统，能够通过设置，使水下装置在水下进行定位。
（1）水下信息的收集
水下情况错综复杂，采用PH检测器、浊度检测器、液位深度检测器、温度检测器四种检测器来检测水下情况，从而确定水下情况。需要传感器精准快速Βιβλιοθήκη Baidu集数据。
（2）深度的调节
水下机器人通过水下网络收集信息，并根据指令设定，控制电机的运动，从而调节位置。因为水下情况复杂，需要通过算法，使得机器人能较为准确的定位。如何能根据水下信息，从而进行快速准确的反应，是需要解决的问题。
未来的水下机器人应该具有像鱼一样的推进效率、高的游动速度以及极好的运动灵活性能，同时,提高它的通用性，并且希望其具有一定的人工智能，可以根据内部信息和环境信息稳定可靠地自主作业，能够代替人在需要的深水环境中担负起自动或半自动的决策任务，以适应未来开发和探测海洋的需要。水下机器人的高度智能化也将是广大科技工作者努力的方向。此外，还希望能降低水下机器人本体和控制装置的成本，提高其使用寿命等。
（2）核心材料无法自主制造
虽然我国的总体技术和研发能力已达到或接近国际先进水平，但在一些关键部件和某些材料的研究方面还有很大差距。材料是特种机器人的核心技术之一。与其他机器人相比，目前AUV的情景感知、导航定位、自主控制等智能水平还相对较低，仅限于完成水下探测、目标搜寻等简单、重复的任务。此外，由于与海水介质的接触，低密度、高强度的材料以及密封、防腐等也是水下机器人特有的技术，且随着深度的增加，其难度也越来越大。
国内
我国从70年代开始较大规模地开展潜水器研制工作，20多年来，先后研制成功以援潜救生为主的7103艇(有缆有人)、I型救生钟(有缆有人)、QSZ单人常压潜水器(有缆有人)、8A4水下机器人 ROV(有缆无人)和军民两用的 HR— 01ROV，RECONIVROV及CR-01A6000m水下机器人AUV(无人无缆)等，使我国潜水器研制达到了国际先进水平。但是我国水下机器人的发展仍存在一定的问题。
[4]Friedman, J., Torres, D., Schmid, T., Dong, J. & Srivastava, M. B. 2010 A biomimetic quasi-static electric field physical channel for underwater ocean networks. In Proc. 5th ACM Int.Workshop on Underwater Networks (WUWNet), Woods Hole, MA, September 2010. ACM.
（2）推进装置
机器人系统通过电机运动带动丝杆的转动来推动机器人所安装的活塞位置的变化。而活塞位置的变化导致机器人体积的变换，从而导致机器人浮力的变化。当活塞向上移动时，机器人体积减小，浮力减小，从而使机器人得以下沉。另外，当活塞向下移动时，机器人体积增大，浮力增加，使得机器人上浮。
（3）电机驱动
机器人通过使用步进电机来进行深度调节，主控MCU接受深度调节指令，从而对步进电机驱动进行控制，控制电机的运转，进而调节深度。
（4）数据采集模块
数据采集模块分为四部分：PH检测器、浊度检测器、液位深度检测器、温度检测器。来检测水下情况。
（5）通信模块
水下水上采用RS485通信，传输速率快、传输距离较长、传输信号不易易受外界干扰。
（6）其他部分
LED，蜂鸣器，按键等外设
总体框图：
图2-1水上部分
图2-2水下部分
解决的主要问题
杭州电子科技大学
毕业设计（论文）开题报告
题 目
水下机器人深度调节装置设计
学 院
卓越学院
专 业
自动化
姓 名
周硕
班 级
13184111
学 号
13062220
指导教师
蒋鹏
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
简介
机器人技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术。它的研究与开发标志着一个国家科学技术的发展水平，而其在各种机械领域的普及应用，则显示了这个国家的经济和科技发展的实力。世界上许多国家为了推进本国的机器人开发事业，打入竞争日益激烈的国际高科技市场，不惜投入巨大的人力、财力来推动机器人技术的发展,开发出了许多类型的机器人。机器人的应用领域也逐渐从人工环境扩展到了水下和宇宙。随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高，人类已把海洋作为生存和发展的新领域，海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一。从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景。
国外
早在20世纪50年代，有几个美国人想把人的视觉延伸到神秘的海底世界，他们把摄像机密封起来送到了海底，这就是ROV的雏形。1960年美国研制成功了世界上第一台ROV─“CURV1”，它与载人潜器配合，在西班牙外海找到了一颗失落在海底的氢弹，由此引起了极大的轰动，ROV技术开始引起人们的重视。另外，当时发生的石油短缺使得油价提高，刺激着近海石油开发业的发展，同时也促进了ROV的迅猛发展。到了70年代，ROV产业已开始形成，ROV在海洋研究、近海油气开发、矿物资源调查取样、打捞和军事等方面都获得广泛的应用，是目前使用最广泛、最经济实用的一类潜水器。ROV的最大下潜深度可达一万米。20世纪50年代末期，美国华盛顿大学开始建造第一艘无缆水下机器人——“SPURV”，这艘AUV主要用于水文调查。从60年代中期起，人们开始对无缆水下机器人产生兴趣。但是，由于技术上的原因，致使AUV的发展徘徊多年。随着电子、计算机等新技术的飞速发展及海洋工程和军事方面的需要，AUV再次引起国外产业界和军方的关注。进入90年代，AUV技术开始逐步走向成熟。
任务相关资料查阅
3
2017.1.6-207.3.6
任务方案初步确定及设计
4
2017.3.7
开题报告会
5
2017.3.8-2017.4.13
文献综述、外文翻译、及前期方案设计
6
2017.4.14
中期检查
7
2017.4.15-2017.5.20
毕业设计本体设计、实现及测试，材料撰写
8
2017.5.21-2017.5.31
（1）产业化仍有不足
目前国际上遥控水下机器人技术及制造产业已经成熟，形成了所谓的“ROV工业”；自主水下机器人和水面机器人仍处于从实验室走向应用的过渡阶段，产品尚未完全成熟，除军用外，只有少数型号能作为商品出售，其应用范围还有待开拓。而在国内，无论是ROV还是AUV，均尚未形成产业。目前，国外拥有的水下机器人中的主要类型我们所里均有研制开发，其总体集成水平大体上达到或接近国际水平，但在应用层面上还明显不足。
毕业设计完善、论文等过程材料撰写，查重等
9
2017.6.1-2017.6.6
答辩报告会
10
2017.6.7-2017.6.15
材料整改
五、主要参考文献：
[1]Batalin, M. A., and Gaurav S. Sukhatme, Sen-sor Network-based Multi-Robot Task Allocation, In IEEE/RSJ Intl Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS2003) Las Vegas, Nevada, October 27-31, 2003.
2.多通道寻求帮助信息
3.咨询，咨询相关课题研究方面的导师和专家
措施
1.制定研究计划，确保明确研究的过程和结果，为后续工作准备
2.评审研究计划，确保计划方向正确
3.按部就班地进行计划，落实工作
4.记录结果并形成报告
四、研究工作进度：
序号
时间
内容
1
2016.12.20
任务下达
2
2016.12.20-2017.1.5
2、分析资料，分析收集到的资料，提取自己有用的知识，并学习新知识；
3、归纳，总结归纳资料，形成思路清晰的知识网络，以备研究和开发使用；
4、器材选型，进行硬件制作，并完成硬件调试；
5、进行软件编写，并完成软件部分的调试；
6、进行最终的系统联调，并作进一步的完善、优化；
7、撰写毕业论文。
方法
1.利用工具搜集信息
[7]孙全．满足指定节点约束的路由算法［J］．计算机工程与应用，2005，( 16) : 3－5．
（3）硬件防水
整体硬件系统处于水下，机器人需要做好防水处理，避免因为漏水而造成的短路问题。
（4）通信问题
系统使用RS485构成通信模块。需要解决信号传递的时效性以及准确性问题。以及传感器和主控MCU之间的信息传递的快速性问题。
三、研究步骤、方法及措施：
步骤
1、搜集资料，搜集国内外关于水下机器人的研究论文和成果信息；
[2]Blidberg, D. R., The Development of Autonomous Underwater Vehicles (AUVs); A Brief Summary, ICRA, May 2001.
[3]Vasilescu, I., Kotay, K., Rus, D., Dunbabin, M. & Corke, P. 2005 Data collection, storage, and retrieval with an underwater sensor network. In Proc. 3rd ACM SenSys Conf., San Diego, CA,November 2005, pp. 154–165. ACM.