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  • 康奈尔大学自主水下航行器(CUAUV)团队为比赛和研究设计和制造auv。我们的团队和车辆由于我们的表现和长期以来的卓越传统得到了业界人士的好评和支持。
产品组合

  • 车辆

  • 智能水下机器人

    自主水下航行器(auv)是一种机器人潜艇。它们是自动驾驶和无人驾驶汽车新兴领域的一部分，主要用作低成本的侦察工具。auv的价值在于其消耗性和可替代性;它们可以部署在危险的环境中，而不会危及人类潜水员。在经济上，廉价的可扩展性使auv成为大规模和长期数据收集任务的理想选择。

    目前auv主要应用于三个领域:军事、海上工业和大学研究。美国军方和国土安全部对将auv用于水雷探测、港口巡逻和反监视很感兴趣。海上工业使用auv进行设备检查和海底剖面进行石油测量。大学研究人员经常使用auv来促进特定的研究项目，这些项目需要auv才能提供的自主性和范围。对于复杂的数据收集任务，如野生动物监测和水剖面，由于其相对较小的体积和不易察觉的特性，auv是随着时间推移持续收集大量样本数据的唯一方法。

  • Killick: 2012年竞赛/研究车辆

  • 基利克是2011-2012年的CUAUV车辆，一个联合竞赛和研究车辆。设计的重点是减少车辆平台的尺寸和重量，同时保持充分的竞争能力和控制性能。主要改进包括更强的框架结构和压力容器、流线型电子系统、改进的传感器套件和改进的视觉算法。

    关键统计数据：
    • 深度等级:50英尺(丙烯酸船体)，250英尺(铝船体)
    • 最大航速:1.4节
    • 体重:75磅
    • 外形尺寸:31"长x 21"宽x 19"高
    • 运行时间:1.5小时
    传感器:
    • 多普勒速度日志
    • 温度传感器
    • 定制的水听器
    • AVT孔雀鱼向下相机
    • AVT孔雀鱼前进相机
    • 定制的IMU
    • 3 dm-gx1 IMU
    • 深度传感器
    • 内部压力传感器
    • 斯帕顿GEDC-6陀螺增强数字罗盘
    特点:
    • 悬臂式货架系统
    • 集成摄像头
    • 紧凑的形式
    • 以太网和光纤缆绳
    • 可靠的电力系统
    • 可热插拔的电池舱
    • 扫射推进器
    • 冗余主密封系统
    • Wet-mate范围
    • SEACON水下连接器
    • 即插即用系列
    • 真空包装船体

  • 小锚的电力基础设施

  • 基利克的电气系统包含了车辆执行器、传感器和计算机的所有电源和串行基础设施。
    今年最大的变化之一是整个电力基础设施。为了减少车辆内部所需的布线，所有离开主车体的线板都通过盲配Molex连接器连接。这很容易地使车辆的电线数量减半，并使日常电气维护更容易。
    除计算机外的所有板子都是由团队成员设计和填充的。

    • 电力系统

    • 基利克的电力系统从电池舱中获取电力，并将其转换为调节电压，供传感器和计算机使用。它为车辆上的各种传感器和板提供隔离的5V、12V和24V轨道。

    • 机电一体化系统

    • 机电一体化系统包括驱动推进器、鱼雷发射器、标记滴管和抓取器的所有电气基础设施。它还与开关盒连接，使软件能够访问任务启动按钮和杀伤电路。

    • 传感器控制系统

    • 传感器控制系统包括控制基利克的各种传感器的基础设施，以及用于传感器和计算机之间的通信。这包括一个通用的输入/输出(GPIO)板，用于简单的传感器接口，以及一个串行板，用于在板、更复杂的传感器和CPU之间提供方便的通信。

    • 自定义被动声学传感器

    • 水听器是一个被动声学系统，使用4个Reson TC4013元件和一个Analog Devices SHARK-21369来确定水下ping器的相对方向。它们能够在同时工作的不同频率的多个ping器之间进行区分，并且只听所选频率的一个。
      它们可以在20-35千赫范围内工作。今年，一种实现有源声学元件的板已经开发出来，但仍需要进一步的测试。

    • 束缚

    • 为了与岸上进行通信，基利克安装了一个用于在线测试的以太网拴绳。

    • 电脑和记忆

    • 基利克的机载计算机由英特尔酷睿I7-2710QE四核处理器和mini-ITX主板组成，4GB内存和英特尔X25-E极致32GB固态硬盘。这为所有任务、机器视觉和控制处理任务提供了足够的计算能力。PCI Express扩展卡为车载摄像头提供3个IEEE1394接口。这台计算机运行的是最简单的Debian GNU/Linux安装。与所有外部传感器和执行器板的通信通过定制的串行接口板路由。

  • 小锚的传感器

  • 为了完成任务，基利克使用了大量的传感器用于车辆控制和环境传感，包括一个多普勒速度记录仪，两个罗盘，一个深度传感器，两个imu和两个摄像头。

    • 多普勒速度日志

    • RDI Workhorse Navigator DVL提供位置并实现闭环速度控制。DVL可以提供所有三维的速度数据，还具有内置的温度传感器、罗盘和高度传感器。

    • 方向传感器

    • Microstrain 3DM-GX1定位传感器提供车辆的航向，俯仰，滚转和速度率在3D空间。该数据用于控制器的卡尔曼滤波器，以实现更好的传感器融合和更快的控制响应

    • 自定义IMU

    • 惯性测量单元(IMU)测量横摇、俯仰和偏航速度，以及x、y和z加速度。它还在微控制器上有一个可调节的过滤器来过滤数据。数据自动更新，并通过RS-232通信线路发送到计算机。

    • 相机

    • 基利克用了三个摄像头，两个朝前，一个朝下。

      两台AVT Guppy F-080C彩色CCD摄像机用于车辆的前视。AVT Guppy F-046彩色CCD相机用于车辆的向下视野。

    • 深度传感器

    • 模拟压力数据(最高可达100psi，或地面以下约55米)由MSI UltraStable-300压力传感器获得，工作在4-20 mA电流回路中。

    • 斯帕顿的指南针

    • 斯帕顿GEDC-6罗盘还提供车辆的航向，俯仰，滚转和速度率在3D空间。它还为飞行器的航向提供由加速度计和陀螺仪补偿的磁强计。

  • 小锚的机械基础设施

  • 机械系统由车辆结构、上部车体、执行机构和外部外壳子系统组成。它们负责保持电子元件的密封，并为所有传感器和外壳提供安装点和保护。所有定制的机械部件都是在内部开发和建造的。团队成员在CAD软件(SolidWorks)中设计零件，然后使用有限元软件(ANSYS)对其设计进行验证和优化。团队成员在艾默生机械车间完成了最终设计。

    • 上船体压力容器

    • 上部船体压力容器(UHPV)保护和支持Killick的所有串行、电源和传感器接口板。它也容纳了计算机和执行机构控制系统。UHPV也是内部单板与外部设备之间的接口。

    • 车辆帧

    • 车架支撑并包含压力容器、执行器和传感器的安装点。框架是由cnc加工铝板和设计的重量和尺寸最小。

    • 致动器

    • Killick使用了许多定制和COTS机电组件与周围环境动态交互。商用推进器提供5个自由度，定制的气动系统完成任务。

    • 外部附件

    • 基利克号的外部压力容器在上部船体压力容器外包含各种电气系统。这些防水容器将系统从不必要的噪音中隔离出来，并允许车辆配置的灵活性。外部压力容器中的系统包括水听器被动声学系统和开关箱。

  • 小锚软件

  • 基利克的所有高级功能，包括完成任务任务，都是通过车辆的软件系统实现的。软件栈是建立在Debian GNU/Linux操作系统之上的，包括自定义共享内存、串行守护进程、多线程视觉、控制和任务系统。所有定制软件都是用C/ c++和Python编写的。
    • 共享内存
      共享内存系统允许同时访问整个车辆软件基础设施的全局变量。通过标准化的串行协议，这些变量还可以在不同的板上同步，从而实现容易的读写。
    • 日志记录
      基利克的记录系统在执行任务时记录了车辆的状态。这允许软件团队对车辆进行离线检查和测试，并捕获罕见的软件错误。
    • 控制
      控制系统为Killick提供了将传感器数据组合成可靠的车辆状态的能力，并利用这些信息控制推进器和执行器。
    • 愿景
      基利克的视觉处理系统旨在为飞行器提供有关周围任务元素的最新和准确的数据。
    • 任务计划
      任务计划器是用Python编写的，它允许以简单抽象的方式编写高级任务。
    • 实时数据显示和可视化
      提高车辆性能的关键是了解它在做什么，因此我们开发了工具来显示和可视化车辆状态。
    • 模拟器
      模拟器允许在虚拟环境中测试任务。这有助于我们在飞行器上测试之前验证任务的正确性，节省了时间。
    • HTTP诊断接口
      HTTP诊断接口，也被称为Web GUI，允许通过Web浏览器控制基本的车辆功能。
    • 导航和任务元素定位
      今年，他们开发了一种软件来帮助本地化课程上的对象。定位代码生成给定接收到的视觉的物体位置的概率图。

  • 车辆

  • 智能水下机器人

    自主水下航行器(auv)是一种机器人潜艇。它们是自动驾驶和无人驾驶汽车新兴领域的一部分，主要用作低成本的侦察工具。auv的价值在于其消耗性和可替代性;它们可以部署在危险的环境中，而不会危及人类潜水员。在经济上，廉价的可扩展性使auv成为大规模和长期数据收集任务的理想选择。

    目前auv主要应用于三个领域:军事、海上工业和大学研究。美国军方和国土安全部对将auv用于水雷探测、港口巡逻和反监视很感兴趣。海上工业使用auv进行设备检查和海底剖面进行石油测量。大学研究人员经常使用auv来促进特定的研究项目，这些项目需要auv才能提供的自主性和范围。对于复杂的数据收集任务，如野生动物监测和水剖面，由于其相对较小的体积和不易察觉的特性，auv是随着时间推移持续收集大量样本数据的唯一方法。

  • Drekar: 2011年竞赛/研究工具

  • Drekar是2010-2011年的CUAUV车辆，一个联合竞赛和研究车辆。设计的重点是减少车辆平台的尺寸和重量，同时保持充分的竞争能力和控制性能。主要改进包括更强的框架结构和压力容器、流线型电子系统、改进的传感器套件和改进的视觉算法。

    关键统计数据：
    • 额定深度:100英尺(理论)
    • 最大航速:1.4节
    • 体重:85磅
    • 外形尺寸:42"长x 28"宽x 20"高
    • 运行时间:1.5小时
    传感器:
    • 多普勒速度日志
    • 温度传感器
    • 定制的水听器
    • AVT孔雀鱼向下相机
    • AVT孔雀鱼前进相机
    • 定制的IMU
    • 3 dm-gx1 IMU
    • 深度传感器
    特点:
    • 悬臂式货架系统
    • 外部摄像头
    • 可扩展的有效载荷
    • 定制的水下连接器
    • 以太网和光纤缆绳
    • 可靠的电力系统
    • 可热插拔的电池舱
    • 扫射推进器
    • 可靠的密封系统
    • Wet-mate范围
    • SEACON水下连接器
    • 即插即用系列

  • Drekar电力基础设施

  • Drekar的电气系统包含所有电源和串行基础设施，以支持车辆的传感器、执行器和计算机。电源、串口、传感器控制和致动器控制子系统中的所有板都由团队成员设计和填充。

    • 电力系统

    • 德雷卡尔的电力系统从电池舱中获取电力，并将其转换为调节电压，供传感器和计算机使用。它提供5V, 12V和24V在不同的点。

    • 机电一体化系统

    • 机电一体化系统包括驱动所有推进器、鱼雷发射器、标记滴管、抓斗和开关箱的所有电气基础设施。

    • 传感器控制系统

    • 该系统包括支持Drekar的各种传感器的基础设施，以及用于传感器和计算机之间的串行通信。使用GPIO (General Purpose Input/Output)板和串口板。

    • 自定义被动声学传感器

    • 水听器是一个被动声学系统，使用4个Reson TC4013元件和一个Analog Devices SHARC-21369来确定水下ping器的相对方向。它们能够在同时工作的不同频率的多个ping器之间进行区分，并且只听所选频率的一个。它们可以在20-35千赫范围内工作。被动音响系统的电气系统今年是全新的。

    • 束缚

    • 为了与岸上进行通信，Drekar公司同时配备了一个以太网系绳和一个光纤系绳，以便在远程搜索任务中需要距离控制中心更远的时候使用。

    • 电脑和记忆

    • Drekar的机载计算机由一个Portwell WADE-8067低功耗嵌入式Mini-ITX主板、一个英特尔酷睿2极限QX9300四核处理器、4GB内存和一个英特尔X25-E极限32GB固态驱动器组成。这为所有任务、机器视觉和控制处理任务提供了足够的计算能力。PCI Express扩展卡为车载摄像头提供3个IEEE1394接口。这台计算机运行的是最简单的Debian GNU/Linux安装。与所有外部传感器和执行器板的通信通过定制的串行接口板路由。

  • 传感器

  • 为了完成任务，Drekar使用了大量的传感器用于车辆控制和环境传感，包括一个多普勒速度记录仪，两个罗盘，一个深度传感器，两个imu和两个摄像头。

    • 多普勒速度日志

    • RDI Workhorse Navigator DVL提供位置并实现闭环速度控制。DVL可以提供所有三维的速度数据，还具有内置的温度传感器、罗盘和高度传感器。

    • 方向传感器

    • Microstrain 3DM-GX1定位传感器提供车辆的航向，俯仰，滚转和速度率在3D空间。该数据用于控制器的卡尔曼滤波器，以实现更好的传感器融合和更快的控制响应

    • 自定义IMU

    • 惯性测量单元(IMU)测量横摇、俯仰和偏航速度，以及x、y和z加速度。它还在微控制器上有一个可调节的过滤器来过滤数据。数据自动更新，并通过RS-232通信线路发送到计算机。

    • 相机

    • Drekar使用两个摄像头，一个向前，一个向下。
      AVT Guppy F-080C彩色CCD相机用于车辆的前视。AVT Guppy F-046彩色CCD相机用于车辆的向下视野。

    • 深度传感器

    • 模拟压力数据(最高可达100psi，或地面以下约55米)由MSI UltraStable-300压力传感器获得，工作在4-20 mA电流回路中。

  • Drekar机械基础设施

  • 机械系统由车辆结构、上部车体、执行机构和外部外壳子系统组成。它们负责保持电子元件的密封，并为所有传感器和外壳提供安装点和保护。所有定制机械零件都是在CAD软件(SolidWorks)中设计的，并由团队成员加工。

    • 上船体压力容器

    • 上部船体压力容器(UHPV)保护和支持Drekar的所有串行、电源和传感器基础设施。它包含计算机和执行机构控制基础设施。UHPV也是内部单板与外部设备之间的接口。

    • 车辆帧

    • 车架支撑着所有的压力容器、执行器和传感器。框架由铝箱管构成，设计的目的是最大限度地提高刚性和紧凑性。

    • 致动器

    • Drekar使用了许多定制和COTS电子机械组件，使AUV不仅仅是一系列的(铝)管。商用推进器提供5个自由度，定制气动系统完成任务。

    • 外部附件

    • 德雷卡尔号的外部压力容器包含各种位于船体上部压力容器外部的电气系统。这些防水容器将系统从不必要的噪音中隔离出来，并允许在车辆的构造上具有灵活性。外部压力容器中包含的系统包括向前和向下的AVT Guppy摄像机、水听器被动声学系统和开关箱。

  • Drekar软件

  • 基利克的所有高级功能，包括完成任务任务，都是通过车辆的软件系统实现的。软件栈是建立在Debian GNU/Linux操作系统之上的，包括自定义共享内存、串行守护进程、多线程视觉、控制和任务系统。所有定制软件都是用C/ c++和Python编写的。
    • 共享内存
      共享内存系统允许同时访问整个车辆软件基础设施的全局变量。通过标准化的串行协议，这些变量还可以在不同的板上同步，从而实现容易的读写。
    • 控制
      该控制系统为Drekar提供了将传感器数据组合成可靠车辆状态的能力，并利用这些信息控制推进器和执行器。
    • 愿景
      德雷卡尔的视觉处理系统旨在为飞行器提供有关周围任务元素的最新和准确的数据。
    • 任务计划
      任务计划器是用Python编写的，它允许以简单抽象的方式编写高级任务。
    • 实时数据显示和可视化
      提高车辆性能的关键是了解它在做什么，因此我们开发了工具来显示和可视化车辆状态。
    • 模拟器
      模拟器允许在虚拟环境中测试任务。这有助于我们在飞行器上测试之前验证任务的正确性，节省了时间。
    • HTTP诊断接口
      HTTP诊断接口，也被称为Web GUI，允许通过Web浏览器控制基本的车辆功能。

  • CUAUV活动

  • 在过去的12年里，CUAUV已经建造了9个不同的全功能自主水下航行器。在这段历史的大部分时间里，飞行器任务都完全围绕AUVSI AUV比赛展开。这项比赛将视觉、声学和导航任务结合到水下障碍赛道中，潜水器必须自主完成。最近，CUAUV还作为浮动课堂项目的一部分执行任务，研究卡尤加湖的大型植物生长。CUAUV还开展了许多志愿者和拓展活动，旨在提高社区对数学、科学和工程的兴趣。

    • AUVSI / ONR竞争任务

    • CUAUV每年的主要目标之一是成功完成国际无人车辆系统协会(AUVSI)的竞赛任务。来自世界各地的团队在这个一年一度的赛事上竞争，每年夏天在加利福尼亚州圣地亚哥的TRANSDEC设施举行。完成比赛要求每辆车在完全浸入水中的情况下自动执行一系列任务。本次比赛的任务包括视觉和听觉任务。

    • 湖泊研究

    • 10月22日，CUAUV与来自纽约州立大学科特兰分校的一个研究小组以及伊萨卡高中机器人团队的成员登上了浮动教室项目，并向卡尤加湖口设定了航向。我们这次访问的目的是观察一种除草剂在阻止侵入性植物物种海蛭(Hydrilla)向卡尤加湖口扩散方面的效果。该车辆部署在两个地点，并被派往12米的最大深度，以便观察湖底。从我们潜水的地方看不见海德拉;此外，其他植物似乎没有受到除草剂的影响。我们的航行以检查浮动教室项目的螺旋桨结束。

    • 社区外展

    • 除了我们的技术活动和任务外，CUAUV每年还开展一些外联项目。这些项目是回馈社区和提高团队道德的好方法。去年我们的一些外展活动包括为80名初级女童子军举办的讲习班，在当地一所小学举办的两个为期8周的课外活动，在伊萨卡科学中心(Ithaca科学中心)的一次演讲，以及参加工程活动中的几个多元化项目。