水下机器人清刷作业装置研究

结合机器人水下作业环境、机器人本体结构尺寸、清刷效果、驱动功率等因素,对机器人携带的水下清刷作业工具进行了动力学分析,建立了基于水下旋转运动的清洗刷具的力学模型,通过仿真和实验研究,为清刷装置的结构设计和驱动系统设计提供了依据。     

水下船体清刷机器人磁吸附机构的设计与研究

为了实现水下船体表面清刷机器人在水下船体表面上的可靠吸附和灵活移动功能,对机器人磁吸附机构进行了设计研究。根据该机器人作业的特点和工作环境,分析了磁路材料和磁路类型,研究了衔铁、轭铁、铜块和海水等因素对磁吸附力的影响,设计了机器人的磁吸附机构。实际应用表明,该机器人在船体表面上吸附可靠,并且运动灵活,符合实际的需要。     

水下船体清刷机器人关键技术及其试验的研究

为了自动清刷水下船体表面附着的海生物和锈蚀等,降低船舶的航行阻力,研制了水下船体表面清刷机器人.首先建立了机器人在船体表面上的力学模型,推导了机器人抗倾覆、滑落和下滚的条件,设计了机器人所需要的吸附力和驱动力矩.针对电机可供密封用的轴向尺寸小的情况,在电机输出轴上加轴套,该轴套既起到了联接的作用,又为密封创造了条件,解决了密封难的问题.对水下清刷作业装置进行了动力学分析和优化设计.针对机器人的控制要求,设计了机器人的控制系统.最后对机器人样机性能进行了试验,验证了机器人样机各项性能指标符合使用要求.     

水下船体表面清刷机器人密封的设计

水下船体表面清刷机器人伺服电机输出轴可供密封用的轴向尺寸不足4mm,采用常规的动密封方式难以进行密封。根据机器人水下作业环境的要求,对机器人的密封结构和密封方式进行了分析和设计。通过对水下船体表面清刷机器人的静、动密封试验,以及机器人的实际应用结果表明水下船体表面清刷机器人静密封采用O形圈,动密封采用旋转格莱圈和优质毛毡,密封设计合理可用;在伺服电机输出轴上加轴套,既起到了联接的作用,又为密封创造了条件,较好地解决了电机输出轴轴向尺寸小导致的密封难的问题,是一种较好的动密封装置。     

水下机器人关节电机驱动系统研究

针对水下机器人关节电机驱动系统体积和功耗大的问题,根据对其系统原理和结构的分析,提出了一种采用高集成度器件、小型封装、多层印制电路板、低功耗器件、电能管理等方法来减小其体积和功耗的方法。研制了一套水下无刷直流电机驱动系统,该系统包括驱动电路、控制算法与控制界面,测量了驱动电路的面积和功耗值,并进行了速度伺服实验。研究结果表明:驱动电路的面积减小到仅为8.2 cm2,可以将其直接装入电机中;驱动系统的静态功耗和动态功耗分别为0.24 W和0.5 W,满足水下作业时的低功耗需求;电机装入操作臂时,给定120 r/min参考转速,电机能够在1 s内稳定,并准确地跟踪给定转速,完成水下作业任务。     

可重构磁耦合推进水下机器人设计与性能评估

为了经济高效地实现矢量推进,提高水下机器人的机动性能,设计了一种新型矢量推进水下机器人。该机器人采用两个可重构磁耦合推进器作为推进系统的主动力单元,每个推进器都具备两个自由度的矢量重构能力,相较于传统水下机器人,拥有更高的可操纵性和灵活性。本文通过建立推进系统模型,完成了机器人的运动规划,并利用测力实验装置,对机器人的动力性能进行了评估。在此基础上,对机器人进行了前进、偏航、上浮、下潜等多自由度的运动控制实验。实验结果表明,该机器人能够高效地实现多个自由度的运动,新型可重构磁耦合推进器能够稳定的提供矢量推力,验证了该设计方案的可行性。     

水下机器人清刷机构的设计

提出了适应船体表面变化的清刷机构设计方案,分析了该机构的清刷原理及在水下工作的受力状况,建立了动力学模型,通过计算分析确定清刷机构的关键参数。建立了刷丝的运动轨迹方程并利用Pro／E软件进行运动仿真,理论分析和试验结果表明了该机构设计方案的可行性。     

双面履带式抗翻转机器人的设计

研发了一种探知复杂地面环境的抗翻转双面履带机器人,包括机器人本体结构设计、参数优化分析和控制模块三个部分内容。机器人本体设计采用了运动稳定和越障能力很强的履带式传动,对机器人的外观作了新颖的设计;针对履带机器人履带容易脱落的问题进行了分析从而找到解决方法;采用无线网络远程控制和现场信息实时反馈的方式达到探知环境信息的目的。机器人运动灵活,对环境的适应性强。在火灾和矿井事故现场探测有广阔应用前景。     

攀爬机器人磁吸附组件优化设计与仿真

为满足大型起重机危险部位的检测需求,设计一种具有较强越障能力的磁吸附金属攀爬机器人。机器人可携带高清图传设备、机械臂以及其他金属检测设备。针对一种磁吸附机器人设计出独特的磁吸附组件,进行多个维度的分析仿真与优化,确保机器人在大型起重机上的各个侧面工作时,能有效抵抗倾覆、脱落、翻滚或滑移。为确保永磁体以尽可能小的质量获得尽可能大的吸附力,特别引入磁质比概念。通过有限元分析软件进行仿真优化,得到最优规格并制作出机器人实物,验证仿真优化的可靠性。     

液压系统在水下机器人中的应用

结合典型的缆控水下机器人，介绍了缆控水下机器人液压系统的发展状况、特点和已取得的一些研究成果，并指出了发展大功率液压推进系统的重要意义。     

一种履带式机器人设计及其越障分析

针对核工业管道内壁情况的检测,设计了一种六履带四摆臂式移动机器人.该机器人具有越障、跨沟、无线遥控和图像采集等功能.详细介绍了履带式机器人机械结构和控制系统的设计过程,并对制作的机器人进行了越障性能分析和相关实验验证.     

微型磁吸附爬壁机器人结构设计及实现

文中针对小曲率铁质面吸附、爬行难的问题,设计了一款永磁体吸附的微型爬壁机器人。该机器人采用磁吸附提供正压力,通过履带与铁质壁面的摩擦力提供机器人的驱动力。同时,为了使机器人在工作中保持安全避免失稳,对机器人在4种易脱离的情况下进行受力分析,计算出了机器人保持安全所需的磁吸附力。利用有限元软件分析永磁体的厚度及永磁体与壁面间的距离等因素对吸附力的影响规律,得到了最佳结构尺寸。通过搭建样机在圆筒上进行0～2π的一圈爬行测试,验证了此机器人能够在任意角度进行稳定工作,为后续爬壁机器人结构的设计和优化提供了借鉴。     

水下机器人运动系统的神经网络辨识

建立了水下机器人的动力模型，分析了辨识该模型的神经网络结构，采用带自反馈的Elman网络来获得更精确的结果。针对BP算法即误差反传算法的缺陷，提出了用混合优化算法——误差反传算法和遗传算法的混合算法（又称：GA＆BP算法）修正网络权值。最后，将改进的Elman网络应用于水下机器人的非线性辨识。通过仿真证明了该方法用于高阶非线性系统的实用性。     

仿生水下机器人研究现状及其发展趋势

仿生水下机器人以其高度灵活性及逐渐智能化的特点,成为近年来机器人领域研究的热点。仿生水下机器人按照模仿水下生物的运动方式可分为:仿鱼水下机器人、仿多足爬行动物水下机器人和仿蠕虫水下机器人。文中具体地阐述了这三类中具有代表性的仿生水下机器人的特点。随着科学技术的发展,仿生水下机器人在智能材料制成的驱动装置、游动机理方面会不断地完善,在个体的智能化和群体的协作方面也会有很大的发展。     

水下滑翔机器人控制系统研究与开发

文章首先介绍了水下滑翔机器人的组成结构和工作原理,其次提出了水下滑翔机器人的控制系统方案,再次说明了控制系统软、硬件的设计与实现,最后完成了水下实验。实验结果证明控制系统设计合理,运行稳定,可以满足控制要求。     

核电站多功能水下打捞机器人系统研究

在核电站中,存在辐照剂量高、结构环境复杂等问题,操作人员作业时不可避免地会受到核辐射照射,对操作人员生命安全带来极大威胁。针对上述问题,研制出作业于核环境下的核电站多功能水下打捞机器人。首先,对机器人进行运动学分析,分别求解出机械手的正逆运动学方程及奇异位形;在此基础上,考虑水阻力、附加质量力以及浮力的影响,建立了机器人的水动力学模型,对机器人复杂水下动力学问题进行描述;最后,根据理论分析研制出该机器人第3代工程样机,并通过核电站现场实验对该机器人进行实验验证。实验结果表明,核电站多功能水下打捞机器人能够快速准确的完成异物抓取作业,实现核环境下的水下异物搜索与异物打捞的设计目标。     

煤矿巷道履带式巡检机器人系统设计

随着煤矿开采量的逐年增加,煤矿向着深煤层方向发展,传统的人工巡检暴露出很多的问题。为了解决传统的人工巡检存在的工人劳动强度大、环境不安全系数高、工作效率低、巡检不到位、出现漏检和误检等问题,通过对煤矿巷道巡检机器人进行相关研究,设计了一种履带式巷道巡检机器人系统,可以代替人工完成巷道的巡检,通过机器人搭载多种环境参数检测传感器、远红外摄像头、智能机械臂等,辅以智能识别算法和上位机操作系统,实现了对巷道全方位智能巡检。通过将设计的机器人进行现场应用和调试,结果表明：该套履带式巡检机器人可以准确识别环境参数并上传至上位机,能够准确识别异物并使用机械臂排除障碍,巡检续航时间为12 h,取得良好的应用效果和经济价值,有助于大力推进煤矿无人化和智慧化的建设。     

基于关节限位的自治水下机器人机械手系统运动规划研究

对自治水下机器人搭载的四功能水下电动机械手进行了简要描述.考虑到自治水下机器人机械手系统的运动学冗余,将关节限位算法用于系统逆运动学求解,避免载体大幅度姿态变化.利用Matlab仿真表明该算法在解决系统冗余的同时有效的限制了关节位移.     

一种模块化水下机器人的设计

介绍了一种模块化设计的水下机器人。按各功能模块将水下机器人分为探测识别舱段、动力推进舱段、控制舱段和艉部去流舱段。并具体对每个舱段的设计作了分析。经试验表明,机器人能较好地完成水下作业任务。     

基于水下爬行机器人的机械手结构设计

分析了水下爬行机器人工作环境并设计了基于其上的水下机械手,对关键器件进行了分析与选型,对传动机构及关节结构进行了分析与设计。并试制了实验样机,最后在注水压力罐内对水下机械手进行了水密试验,实验结果表明水下机械手的密封性能满足要求,为水下爬行机器人的机械手智能控制系统研究搭建了实验平台。