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第1章 引言 1

1.1 自主操作 1

1.2 最新研究：自主式水下机器人SAUVIM自主作业 3

参考文献 5

第2章 多刚体系统的几何学、运动学和动力学 6

2.1 多刚体系统几何学 7

2.1.1 向量运算 7

2.1.2 坐标系 7

2.1.3 机器人结构几何学 16

2.2 多刚体系统运动学 19

2.2.1 机器人运动学概述 19

2.2.2 关节运动学 23

2.2.3 机器人系统的运动学 33

2.3 多刚体系统动力学 39

2.3.1 操作结构的平衡性研究 39

2.3.2 拉格朗日方程 40

参考文献 44

第3章 运动学控制 45

3.1 初始化参考速度 46

3.1.1 构造反馈闭环 47

3.2 逆运动学 49

3.2.1 运动速率控制求解 49

3.2.2 任务优先级分解 51

3.2.3 可操作性的度量指标 52

3.3 避奇异任务重构 54

3.3.1 任务重构：单一控制变量 54

3.3.2 任务重构：带优先级的双任务 57

3.3.3 多任务重构概述 59

3.3.4 试验结果 61

参考文献 65

第4章 水下机器人操作系统 67

4.1 水下机器人SAUVI M机械臂操作系统建模 67

4.2 任务重构中的工作空间优化 74

4.2.1 工作空间中的任务优化配置 75

4.3 水下机器人SAUVIM动态控制系统 80

4.3.1 水下机器人SAUVIM动力学 80

4.4 动态参数识别 83

4.4.1 基于扩展卡尔曼滤波算法的浮力中心识别 83

4.4.2 悬停的优化配置 88

4.4.3 算法实现 88

4.4.4 仿真结果 89

4.4.5 试验结果 90

参考文献 92

第5章 目标定位 93

5.1 目标识别和定位 93

5.2 基于双频识别声纳的中等距离范围目标识别 94

5.2.1 水下目标定位模型建立 96

5.2.2 图像采集和滤波处理 96

5.2.3 匹配滤波器 97

5.2.4 水下目标定位和迭代计算 99

5.3 短距离水下目标定位 102

5.3.1 基于视频处理的运动目标跟踪方法 103

5.3.2 电缆切割演示 105

参考文献 106

第6章 水下机器人SAUVIM自主操作综合案例研究 108

6.1 水下机器人SAUVIM的实时架构 108

6.1.1 第0层：硬件层 109

6.1.2 第1层和第2层：机器人执行器的底层接口 111

6.1.3 第3层：中间控制层 115

6.1.4 第4层：高级机器编程语言 120

6.1.5 第5层：通信层 129

6.2 水下机器人SAUVIM自主操作应用——综合实例 129

6.2.1 阶段1：驶离码头并导航至目标区域 131

6.2.2 阶段2：搜索水下目标 132

6.2.3 阶段3：导航与下潜 133

6.2.4 阶段4：悬停（位置保持） 134

6.2.5 阶段5：钩取目标（自主操作） 135

6.2.6 返航 136

6.3 小结 137

参考文献 138

附录A 数学补充 140

A.1 旋转引理 140

A.1.1 算法 140

A.1.2 式（A.6）的证明 141

A.1.3 式（A.1）的证明 141