普渡大学为水下机器人创建移动自动对接系统给电池充电和数据上传

机器人可以成为搜救任务和环境研究的绝佳工具,但最终他们必须回到基地为电池充电并上传数据。如果机器人是在深海中探索的自动水下航行器(AUV),那将是一个挑战。现在,普渡大学的一个团队已经为AUV水下机器人创建了一个移动对接系统,使他们能够执行更长的任务而无需人工干预。

普渡大学为水下机器人创建移动自动对接系统实现电池充电和数据上传
一个黄色的水下机器人(左)在继续执行任务之前,已找到通往移动坞站的方式,可以充电并上传数据。

该团队还发表了有关将这种对接系统应用于水下航行器方法的论文,该系统将探索诸如木星和土星卫星等外太空湖泊。

机械工程副教授Nina Mahmoudian表示:“我的研究重点是在充满挑战的环境中使机器人持久运行。“没有比水下更具挑战性的环境了。”

一旦海洋机器人浸入水中,它就会失去发送和接收包括GPS数据在内的无线电信号的能力。有些可能会使用声音通信,但是这种方法可能很困难且不可靠,尤其是对于远程传输。因此,水下机器人目前的操作范围有限。

Mahmoudian说:“这些机器人通常在水下执行预先计划的行程。” “然后它们浮出水面并发出信号以供检索。人类必须取回机器人,获取数据,给电池充电,然后再送回。这非常昂贵,而且限制了这些机器人可以执行任务的时间。”

Mahmoudian的解决方案是创建一个移动站,水下机器人可以自行返回。查看视频

Mahmoudian及其团队开发的有关任务计划系统的论文已发表在IEEE Robotics and Automation Letters中。研究人员通过在苏必利尔湖的短途任务中对该系统进行测试验证了该方法。

研究人员说:“该系统可以在任何地方使用。” “陆上,空中或海上的机器人将能够无限期地运行。搜索救援机器人将能够探索更广阔的领域。它们将进入北极并探索气候变化的影响。他们甚至能进入太空。”

该移动式水下扩展坞设计的专利已颁发。该专利是通过美国海军部长提交的。这项工作由美国国家科学基金会和海军研究办公室资助。

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移动机器人的研究和部署面临能源限制的严峻挑战,尤其是在海洋机器人应用中。除了有效的任务计划外,还可以通过自主转移和共享能量来应对这一挑战。具体而言,可以使用优化方法克服机器人任务中的能量限制,该优化方法可以在适应环境变化的同时为工作中的机器人和移动充电器生成轨迹。这种方法必须同时优化机器人网络中的所有轨迹,以使整体系统效率最大化。这项研究提出了一种基于遗传算法的方法,该方法能够在任务区域的大小和机器人数量方面以各种规模解决这一问题。该算法可以在操作过程中进行重新规划,使任务适应不断变化的条件和干扰。所提出的方法已在多种仿真方案中得到验证。使用自主水下航行器和水面航行器的野外实验验证了所产生轨迹的可行性。仿真和实验验证表明,该方法有效地生成了可行的轨迹,以在操作多机器人网络时最大程度地减少能源消耗。

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