[01694806]海洋潜水器智能胞元自重构技术

该课题来源于上海市科委青年科技启明星计划，其研究背景是当前越来越强烈的复杂水下环境探测作业需求。研究的目的是提出一种全新的分散自重构水下系统概念，并从系统设计和控制两方面解决器面临的基础技术问题。课题提出了一种新的潜水器系统设计概念，即水下胞元自重构系统。这种系统由大量分散的智能单元组成。单元的数量可以很多，但通常只包含少数几种。这些单元互联成网络共同实现总体功能，并可按不同的任务要求，动态重构系统构形，以不同的方式实现系统运动。这种概念是常规潜水器与陆上自重构机器人概念的结合。陆上的自重构机器人是国际机器人领域一个重要的研究热点，但到目前为止，除了该课题组以外，还未见到对水下胞元自重构系统的研究报道。提出了一种具体的水下胞元自重构系统方案。该系统称为USS。USS被设计为一种链式的水下自重构系统。包含两类单元模块，即运动模块称为USM-1和搭载模块USM-2。通过机械和电连接，离散的模块可以形成多种开环和闭环的链状子结构，并在分支点处连接形成复杂的空间构形。通过关节运动和模块间的分合操作，USS可以实现构形的水下实时转换。USS可以通过简单的构形实现水体空间机动，以及在海底的蠕动、滚动步态。基于USS方案，研究了链式自重构潜水器系统的构形设计，不同构形对应的运动方式、机理及控制方法，系统自重构规划策略方法等问题，并提出了相关的解决方案和方法体系。研制了USM-1模块原型、相关的控制软件和试验系统，并开发了USS虚拟样机。在虚拟样机和实物原型仿真平台上验证了上述方法的有效性。经过该项目的研究，基本解决了研制水下自重构系统所面临的主要理论和工艺问题。该项目提出的潜水器方案，是一种全新的潜水器概念，国际上未见类似的研究报道。项目建立起的技术体系包含多项创新性研究成果，如在自由水体中的3维机动、水体空间机动的运动控制、海底步态及其控制策略、自重构规划及虚拟仿真软件等。开发的实物原型和试验系统也具有相当的创新性。自重构潜水器具备强适应性和耐故障能力，尤其适合复杂环境下海洋作业需求。在海洋勘探调查等领域具有广阔的应用前景。　　该项目通过实施已申请了一项中国发明专利，发表了5篇学术论文，水下自重构系统受到多方关注，项目部分研究成果已经应用于国家863计划“水下分散自重构探测作业系统技术”。