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基于JAVA的新型ARV水下机器人通信及控制系统的实现 被引量:5
1
作者 王宇雷 朱大奇 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期7-11,共5页
ARV(autonomous&remotely-operated vehicle)是一种全新概念的水下机器人,它综合遥控水下机器人(ROV)和自治水下机器人(AUV)的优点,自带能源并通过光纤与母船联系,可以在复杂环境下实现自主、遥控和监控3种模式下的中等范围搜索、... ARV(autonomous&remotely-operated vehicle)是一种全新概念的水下机器人,它综合遥控水下机器人(ROV)和自治水下机器人(AUV)的优点,自带能源并通过光纤与母船联系,可以在复杂环境下实现自主、遥控和监控3种模式下的中等范围搜索、定点观测以及水下轻作业。提出一种基于JAVA开发的ARV通信及控制系统,它能够实现ARV的运动操纵、自动驾驶、设备控制、状态检测、故障报警、视频监视、声纳探测和数据交换记录,同时提供信息监测、工作过程记录及保障系统安全的功能。 展开更多
关键词 ARV JAVA 通信及控制
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“海筝Ⅱ型”遥控自治水下机器人的运动控制研究 被引量:4
2
作者 王瑶 徐鹏飞 胡震 《舰船电子工程》 2014年第3期56-60,共5页
论文以"海筝Ⅱ型"遥控自治水下机器人为研究对象,简要介绍了该型水下机器人的总体性能和运动模型,着重对其运动控制展开研究。利用模糊PID算法来实现该型水下机器人的运动控制。并通过仿真和一系列的试验来验证其控制性能。
关键词 遥控自治水下机器人 运动控制 模糊PID算法
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基于隐式离散化超螺旋算法的水下机器人姿态控制 被引量:4
3
作者 丁宁宁 唐元贵 姜志斌 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第11期83-89,共7页
本文主要研究作业型自主遥控水下机器人(ARV)的姿态控制问题。在ARV进行悬停作业时,机械臂运动对载体的耦合作用和环境不确定性等因素将影响作业过程的载体姿态,导致机械臂作业精度降低。为此,本文提出一种基于隐式离散化的超螺旋算法... 本文主要研究作业型自主遥控水下机器人(ARV)的姿态控制问题。在ARV进行悬停作业时,机械臂运动对载体的耦合作用和环境不确定性等因素将影响作业过程的载体姿态,导致机械臂作业精度降低。为此,本文提出一种基于隐式离散化的超螺旋算法用于载体的姿态稳定控制。隐式离散化的引入有效抑制超螺旋算法离散化引发的抖振,对采样周期和过高的控制增益不敏感。采用多目标优化算法用于控制参数优化,排除了参数选择对控制性能的影响,确保了对比仿真实验的公平性。最后的对比仿真实验验证了所提出算法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 自主遥控水下机器人 超螺旋算法 隐式欧拉法 滑模控制 多目标优化
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基于VxWorks的自治-遥控水下机器人半双工通信设计和实现 被引量:1
4
作者 白桦 史进 朱大奇 《船海工程》 2013年第3期136-140,共5页
针对自治-遥控水下机器人(ARV)硬件平台特点,基于VxWorks操作系统,采用RS-485通信方式,应用互斥锁机制,开发了半双工通信软件。通讯测试结果说明,当控制程序周期在200 ms左右时,嵌入式版能较好地收发数据,符合ARV操控的实时性要求。
关键词 ARV 串口通信 互斥锁 RS-485 半双工
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“海斗号”全海深自主遥控水下机器人参数化设计方法与试验研究 被引量:13
5
作者 唐元贵 王健 +1 位作者 陆洋 要振江 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期697-705,共9页
以"海斗号"全海深自主遥控水下机器人(ARV)高效地实现深渊探测为目标,在分析其面向使命的典型性能指标的基础上,提出运用模糊层次分析法,构建"海斗号"总体设计的参数化模型.通过模型参数配置和优化,实现"海斗... 以"海斗号"全海深自主遥控水下机器人(ARV)高效地实现深渊探测为目标,在分析其面向使命的典型性能指标的基础上,提出运用模糊层次分析法,构建"海斗号"总体设计的参数化模型.通过模型参数配置和优化,实现"海斗号"以最小时间成本完成深渊探测的目标.通过2次马里亚纳海沟深渊科考航次的海上试验,实现了"海斗号"与大垂直剖面深渊探测需求的匹配性,验证了本文参数化设计方法的有效性. 展开更多
关键词 全海深 自主遥控水下机器人(ARV) 模糊层次分析法 参数化设计
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“海斗一号”全海深ARV收放装置设计与优化
6
作者 陈聪 唐元贵 +2 位作者 陆洋 孙天俊 何震 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期159-169,共11页
面对深渊等极端海洋环境下的科考需求,自主遥控水下机器人(autonomous and remotely-operated vehicle,简称ARV)凭借其探测范围大和能局部采样作业的综合能力和特点,在深海领域发挥着越来越重要的作用。文章以中国首台具备探测与作业能... 面对深渊等极端海洋环境下的科考需求,自主遥控水下机器人(autonomous and remotely-operated vehicle,简称ARV)凭借其探测范围大和能局部采样作业的综合能力和特点,在深海领域发挥着越来越重要的作用。文章以中国首台具备探测与作业能力的全海深自主遥控水下机器人——“海斗一号”为研究对象。“海斗一号”在探测作业时,通过光纤微缆与母船保持实时通信,其特有的光纤压坠器装置对光纤链路的稳定性起到至关重要的作用。基于此,设计了一套“海斗一号”专用的布放回收装置,并探索形成了一套有效的布放回收方法,实现了“海斗一号”与光纤压坠器的安全布放与回收;针对布放回收过程中“海斗一号”的起吊架需应对不同起吊工况的需求,基于“海斗一号”轻量化的设计要求,提出采用多工况拓扑优化设计方法开展起吊架构型设计,对最终设计构型在2种工况下分别进行了有限元数值仿真,进一步完成了压载试验和海试应用验证。结果表明,文中所述“海斗一号”收放装置设计及优化方法切实有效,满足“海斗一号”开展深渊科考时的需求,为ARV布放回收及其装置优化设计提供了工程经验和理论指导。 展开更多
关键词 自主遥控水下机器人(ARV) 布放回收 起吊架 拓扑优化
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全海深ARV浮力配平计算方法 被引量:4
7
作者 陆洋 唐元贵 +2 位作者 王健 陈聪 闫兴亚 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期74-80,共7页
全海深ARV(自主遥控水下机器人)下潜至马里亚纳海沟,机器人工作环境温度降低、海水压力增大,会引起载体结构、补偿油体积变化.根据深渊海水密度、重力加速度和机器人体积的变化,计算得到机器人浮力状态的变化量,从而计算机器人浮力配平... 全海深ARV(自主遥控水下机器人)下潜至马里亚纳海沟,机器人工作环境温度降低、海水压力增大,会引起载体结构、补偿油体积变化.根据深渊海水密度、重力加速度和机器人体积的变化,计算得到机器人浮力状态的变化量,从而计算机器人浮力配平.通过公式推导并结合“海斗号”ARV深潜数据和补偿油压缩实验数据,得到全海深ARV浮力配平计算方法.其主要包括海水密度测算、马里亚纳海沟重力加速度测算、机器人结构和补偿油排水体积变化测算.计算得出在11000 m深度实现浮力配平所需的压载为8.9 kg.完成“海斗号”ARV浮力配平,保障机器人深渊工作环境浮力与重力匹配,成功进行了多次马里亚纳海沟万米深潜.本文方法为全海深水下机器人浮力配平提供了理论计算依据. 展开更多
关键词 自主遥控水下机器人 浮力匹配 体积变化 补偿油 马里亚纳海沟
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面向ARV水下对接的视觉引导信息特征点匹配算法研究 被引量:3
8
作者 王丙乾 唐元贵 《海洋技术学报》 2018年第5期9-15,共7页
针对水下对接过程中近距离引导和定位问题,以ARV (Autonomous&Remotely Operated Vehicle)水下对接末端引导应用中对图片特征点的快速准确匹配为目标,提出结合引导灯信息的图片特征点匹配算法。在传统的ORB(Oriented FAST and Rotat... 针对水下对接过程中近距离引导和定位问题,以ARV (Autonomous&Remotely Operated Vehicle)水下对接末端引导应用中对图片特征点的快速准确匹配为目标,提出结合引导灯信息的图片特征点匹配算法。在传统的ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征点匹配算法利用关键点和描述子表征特征点的基础上,增加了相对位置信息。在特征点的提取阶段提取关键点、BRIEF描述子和相对位置信息,在匹配阶段同时考虑描述子和相对位置信息的匹配程度,提高了特征点匹配的准确率和鲁棒性。同时,在特征点提取阶段利用引导灯辅助精确计算图片的缩放尺度,使得特征点的提取更加精确、速度更快。通过实验,验证算法的有效性,证明了文中提出的算法提高了图片特征点匹配的准确率和鲁棒性,同时缩短了算法的运算时间,有利于保障定位算法的实时性,从而提升水下对接的成功率。 展开更多
关键词 自主遥控水下机器人(ARV) 水下对接 引导信息 特征点匹配
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全海深ARV动力学建模及简化研究 被引量:3
9
作者 刘金夫 王亚兴 +1 位作者 唐元贵 姚湘琳 《海洋技术学报》 2019年第2期21-29,共9页
以全海深自主遥控水下机器人(Autonomous&Remotely-operated Vehicle, ARV)为研究对象,针对全海深ARV的稳定航行和作业控制需求,借助潜艇标准运动方程建立直航动力学模型,还提出使用多元函数泰勒展开的方法建立独立的垂直运动动力... 以全海深自主遥控水下机器人(Autonomous&Remotely-operated Vehicle, ARV)为研究对象,针对全海深ARV的稳定航行和作业控制需求,借助潜艇标准运动方程建立直航动力学模型,还提出使用多元函数泰勒展开的方法建立独立的垂直运动动力学模型。其次,以节约计算机资源为目的,采用拟合优度分析、显著性检验和全局敏感性分析的方法剔除动力学模型中不重要的水动力系数项,得到简化的动力学模型。将初始和简化动力学方程的拟合结果与计算流体力学仿真(Computational Fluid Dynamics, CFD)计算结果进行对比分析,对比结果表明,全海深ARV直航和垂直运动动力学模型和简化动力学模型均是可靠的。 展开更多
关键词 全海深自主遥控水下机器人(ARV) 水动力系数 动力学模型 计算流体力学(CFD)
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基于拓扑优化方法的全海深无人潜水器本体浮力构件的防护结构设计
10
作者 夏㛃 庄广胶 +2 位作者 王鹏 赵敏 葛彤 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期196-209,共14页
结构的轻量化设计直接关系到水下潜器总体性能的优劣,是深海水下潜器结构设计的重要目标。以全海深无人潜水器本体浮力构件的安装防护结构为研究对象,选取典型浮力构件,采用3种设计方案,使用ANSYS Workbench软件在假设的碰撞载荷和浮力... 结构的轻量化设计直接关系到水下潜器总体性能的优劣,是深海水下潜器结构设计的重要目标。以全海深无人潜水器本体浮力构件的安装防护结构为研究对象,选取典型浮力构件,采用3种设计方案,使用ANSYS Workbench软件在假设的碰撞载荷和浮力载荷作用下对设计的安装防护结构的应力和变形进行计算分析和比较。结果表明,基于Inspire软件拓扑优化方法的结构设计,显著提高了设计效率,满足强度和功能设计需求,能充分发挥材料性能,实现了轻量化的设计目标,并通过了水池测试和海试应用验证。 展开更多
关键词 全海深无人潜水器 轻量化设计 拓扑优化 Inspire软件
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自主/遥控水下机器人研究现状 被引量:39
11
作者 李一平 李硕 张艾群 《工程研究(跨学科视野中的工程)》 CSCD 2016年第2期217-222,共6页
在过去的二十年中,水下机器人技术得到了快速发展,各种新型的水下机器人不断涌现。本文介绍了一种新型混合式水下机器人——自主/遥控水下机器人(ARV),ARV结合了自主水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)的特点,自带能源并携带光纤微缆... 在过去的二十年中,水下机器人技术得到了快速发展,各种新型的水下机器人不断涌现。本文介绍了一种新型混合式水下机器人——自主/遥控水下机器人(ARV),ARV结合了自主水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)的特点,自带能源并携带光纤微缆,具有多种工作模式,可实现大范围的精确调查和局部区域的定点作业,文章重点介绍自主/遥控水下机器人的国内外研究现状及成功应用的案例。 展开更多
关键词 水下机器人(UUV) 遥控水下机器人(ROV) 自主水下机器人(AUV) 自主/遥控水下机器人(ARV)
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An Overview of Submersible Research and Development in China 被引量:10
12
作者 Weicheng Cui 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2018年第4期459-470,共12页
Given the recent success in the development of several submersibles in China, people's interest in the history of submersible development is increasing. This paper presents the history of submersible development i... Given the recent success in the development of several submersibles in China, people's interest in the history of submersible development is increasing. This paper presents the history of submersible development in China, which can be briefly divided into three periods. The first one is the early period of hardship(1971–2000). Many prototype submersibles of HOVs, ROVs, and AUVs were developed at this time, but the main achievement was the establishment of special research organizations and the training of research and development personnel. The second period can be regarded as the quick development period(2001–2015). All currently used submersibles were developed during this period. The most remarkable achievement was the successful development of 7000 m-deep manned submersible "Jiaolong." The third period aims to develop 11 000 m submersibles for challenging the full ocean depth(2016–2020). In this period, two unmanned submersibles and two manned submersibles will be the significant indicators of achievement. If this 5-year plan can be successfully completed, China can play a significant role in the investigation of the deepest part of the oceans, namely, the hadal trenches(6500–11 000 m). 展开更多
关键词 Hadal TRENCHES Submersibles Deep tow system LANDER GLIDER autonomous and remotely operated vehicle(ARV) Human-occupied vehicle(HOV) Full ocean depth(FOD)
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基于生物启发的水下机器人路径跟踪控制 被引量:2
13
作者 邓志刚 袁芳 朱大奇 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1234-1241,共8页
针对常规反步控制方法在路径跟踪中出现的速度跳变与推进器驱动饱和等问题,将生物启发神经动力学模型应用到水下机器人路径跟踪控制中。利用生物启发神经动力学模型的渐变和有界输出等特性,设计基于生物启发的反步路径跟踪控制器,并同... 针对常规反步控制方法在路径跟踪中出现的速度跳变与推进器驱动饱和等问题,将生物启发神经动力学模型应用到水下机器人路径跟踪控制中。利用生物启发神经动力学模型的渐变和有界输出等特性,设计基于生物启发的反步路径跟踪控制器,并同传统反步跟踪控制器进行对比分析。仿真结果表明:在较大的初始跟踪误差下,所设计的跟踪控制器可以有效克服水下机器人跟踪控制中的速度跳变,避免推进器的驱动饱和,满足水下机器人推进器的推力约束。 展开更多
关键词 水下机器人 自治-遥控机器人 反步控制 生物启发神经动力学 路径跟踪
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面向ARV的视觉辅助水下对接方法研究 被引量:1
14
作者 魏志祥 吴超 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2021年第1期91-99,152,共10页
针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像... 针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。 展开更多
关键词 自治缆控水下机器人 水下对接 单目视觉 图像处理 特征点提取
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ARV水下机器人水面操作控制系统设计 被引量:1
15
作者 顾诚诚 朱大奇 陈晓卿 《系统仿真技术》 2014年第2期140-145,164,共7页
自治缆控水下机器人(autonomous remotely-operated vehicle,ARV)是一种全新概念的水下机器人,它既有遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)的特点,又有自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的特点。它很好地结... 自治缆控水下机器人(autonomous remotely-operated vehicle,ARV)是一种全新概念的水下机器人,它既有遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)的特点,又有自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的特点。它很好地结合了两种水下机器人的优点,代表了水下机器人未来的一个重要发展方向。基于用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)、网络通信协议及RS-485通信协议,针对"海事一号"ARV水下机器人开发了上位机与下位机系统之间的操控终端。该操控终端通过上位机系统与可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)采集系统的程序设计,实现了"海事一号"ARV上位机与下位机的实时通信与控制,效果良好,传输效率较高。 展开更多
关键词 自治缆控水下机器人 UDP通信 PLC寄存器
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一种基于反光带方案的ARV对接视觉定位算法
16
作者 殷国程 吴超 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期574-588,共15页
针对自主遥控潜水器(ARV)近距离水下对接面临的定位方法效果不佳、定位信息误差较大等问题,设计了一种基于反光带方案的水下视觉定位算法。首先提出一种基于Q学习的混合鲸鱼优化算法(QHWOA)来提高算法的收敛精度和收敛速度,并以中继器... 针对自主遥控潜水器(ARV)近距离水下对接面临的定位方法效果不佳、定位信息误差较大等问题,设计了一种基于反光带方案的水下视觉定位算法。首先提出一种基于Q学习的混合鲸鱼优化算法(QHWOA)来提高算法的收敛精度和收敛速度,并以中继器对接口外布置的反光带为目标,利用QHWOA算法优化Otsu目标函数分割对接图像;然后提出基于PCA(主成分分析)降维法的关键点提取算法来提取关键轮廓与关键点;最后采用SRPnP算法解算ARV与中继器的相对位姿。通过水下对接实验进行关键点像素提取误差和视觉定位误差的计算,结果表明定位误差满足水下对接的精度要求。该算法能够在ARV水下对接时输出有效定位信息,引导ARV与中继器对接。 展开更多
关键词 自主遥控潜水器 单目视觉定位 水下对接 图像处理 鲸鱼优化算法
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基于FAHP参数化设计方法的ARV模型构建与性能评估
17
作者 要振江 唐元贵 王丙乾 《海洋技术学报》 2018年第1期34-39,共6页
针对自主遥控水下机器人(Autonomous&Remotely Operated Vehicle,ARV)在概念设计前期对总体性能评估问题进行了研究。基于参数化设计的方法,将对影响ARV总体性能的关键指标和重要因素进行了分析与研究;运用模糊层次分析法(Fuzzy Ana... 针对自主遥控水下机器人(Autonomous&Remotely Operated Vehicle,ARV)在概念设计前期对总体性能评估问题进行了研究。基于参数化设计的方法,将对影响ARV总体性能的关键指标和重要因素进行了分析与研究;运用模糊层次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process,FAHP),建立了ARV总体性能评价模型,以已有的ARV系统为模型验证对象,验证了本文构建的模型的准确性和有效性,从而为ARV的总体设计和性能评估,提供了一种可参考的理论依据。 展开更多
关键词 自主遥控水下机器人(ARV) 参数化设计 总体性能评价模型 模糊层次分析法(FAHP)
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自治/遥控水下机器人北极冰下导航 被引量:7
18
作者 李硕 曾俊宝 王越超 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期509-512,共4页
针对北极高纬度和科学考察中长期冰站对海冰在一定范围内连续重复观测的需求,设计了面向冰下环境的自治/遥控水下机器人("北极ARV")导航定位系统.提出基于海冰运动修正的水下机器人自主导航方法,通过定时引入海冰运动信息,实... 针对北极高纬度和科学考察中长期冰站对海冰在一定范围内连续重复观测的需求,设计了面向冰下环境的自治/遥控水下机器人("北极ARV")导航定位系统.提出基于海冰运动修正的水下机器人自主导航方法,通过定时引入海冰运动信息,实时准确获取水下机器人相对于海冰的位置信息,这不仅提高了观测数据的实际应用价值,还提高了冰下作业的安全性.仿真试验和北极冰下应用证明这一导航系统具有精度高、稳定性好等优点. 展开更多
关键词 水下机器人 自治/遥控水下机器人 冰下导航 海冰运动修正
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深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望 被引量:1
19
作者 周吉祥 刘慧敏 +2 位作者 陆凯 单瑞 杨源 《海洋地质前沿》 CSCD 北大核心 2024年第2期93-102,共10页
深海自主/遥控式水下机器人(ARV)作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形... 深海自主/遥控式水下机器人(ARV)作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据,也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作,其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状,结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果,以6 000米级“问海一号”ARV系统的研发为例,给出其关键技术集成以及面对的技术挑战,并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。 展开更多
关键词 自主/遥控式水下机器人(ARV) AUV自主航行 ROV遥控 深海矿产资源调查 “问海一号”ARV系统
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