油浸式变压器内部巡检式 UUV 设计与运动性能分析

基于电力系统泛在物联网的发展要求,针对大型油浸式电力变压器传统检测手段的缺点,将水下航行器技术应用于变压器箱体内部检测工作,设计了一款油浸式变压器内部巡检式水下航行器,进行了总体、动力系统和布局与机构设计;进行了运动性能分析仿真;并研制了原理样机,通过水池试验,分析验证了水下航行器的运动性能满足需求。     

视觉导引AGV的数字图像处理

自动引导车(AGV)的视觉导引方式具有信息量大和引导柔性等优点.视觉导引方式中导引图像的处理技术处于很重要的地位.本文介绍AGV视觉导引系统的原理,并针对视觉导引AGV的数字图像进行了噪声滤波、二值化、边缘检测和直线拟合等.通过在自主研制的小车样机上进行试验,验证了图像处理过程的准确性和实时性,表明该方法具有良好的使用效果.     

Unity3D无人航行器水下自主航行三维仿真

介绍了一种用于水下无人航行器研制和试验阶段内部软件系统联合调试的手段,通过Unity3D构建水下三维仿真海洋环境,建立无人航行器水下运动和动力学模型,并对航行器搭载的传感器和执行器进行数学建模,组建水下三维仿真系统。它与实际航行器软件系统通过与实物一致的接口相连,组成了一个数据传输环流系统,可进行航行器自主航行仿真测试。     

两摆动自由度AUV水下接驳站结构方案研究

针对深海海底观测网技术发展的需求,将深海移动平台的动态、大范围观测与网络节点的静态、长期观测相结合,形成一个长期、实时的海洋环境立体观测网络,设计一种具有两个摆动自由度的水下接驳站,介绍其主体结构设计,并建立水下接驳站的拉格朗日动力学方程,分析调节重块对受到干扰后的接驳站恢复稳态的快速性的影响,同时进行仿真验证,并制作等比例缩放的接驳站样机模型进行水池试验。仿真和试验结果均表明,两自由度的水下接驳站的结构方案是可行的,可以适应不平地势、降低安装难度,并且增大调节重块的质量将有效增强接驳站的抗干扰性,减小接驳站受到干扰后偏离平衡位置的角度,加快接驳站受到干扰后的恢复到稳态的速度。     

超小型水下航行器密封活塞腔的耐压性分析

文中讨论了活塞式超小型水下航行器的稳定性、耐压性问题,介绍了活塞式超小型水下航行器的机械结构及其实验平台.该航行器采用独特的活塞式沉浮控制机构来实现沉浮运动控制.沉浮控制是水下航行器控制最主要的内容之一,因此通过活塞腔分别进行了理论设计、水下实验以及有限元分析,进一步验证其设计的可靠性、可用性.实验结果表明,该设计合理、可行、实用.     

水下航行器光学隐蔽深度测量系统

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量,研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论,分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性,建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数,设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法,并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12m的水下航行器的光学隐蔽深度为25~35m。试验结果表明,设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量,并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式,该系统工作稳定可靠,提高了隐蔽性和对海域测量的准度,可为水下作战决策提供帮助。     

一种轴对称水下航行器模型摩擦阻力测试系统

为了研究轴对称回转体水下航行器模型所受到的壁面摩擦阻力，设计并实施了一套测试系统。该系统主要由一个回转半径为2．1m的旋臂及环形水池、六分量天平、扭矩传感器、PIV系统以及相关的数据采集系统组成，可以实现最大线速度为15m／s的试验工况。试验和分析结果表明，该系统在一定的速度范围内可以有效地测试航行器模型所受摩擦阻力，满足了设计要求。     

自主水下航行器折叠天线设计

通过对水下机器人的主体外形以及传统水下机器人的外附体进行建模,运用CFD流体软件对其进行仿真分析,发现自主水下航行器外附体中,天线产生阻力最大。天线是自主水下航行器必不可少的通信模块。针对天线带来的大阻力问题,设计出两种折叠天线机构。运用ADAMS软件对比了两种折叠天线机构运动性能参数;运用SolidWorks的应力仿真模块分析了折叠天线各个部分的耐压强度。结果表明折叠天线的应用能为自主水下航行器性能产生积极影响,为自主水下航行器的设计提供参考。     

自主水下航行器控制系统的设计及实现

在海洋观测、海底资源开发以及水下勘察等水下作业中,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为不可或缺的装备.航位推算是AUV在水下自主航行的关键技术.因此,介绍AUV的结构组成、硬件控制系统以及软件控制系统等,重点介绍了一种AUV自主导航的航位推算算法以及最后的湖试实验...     

小型水下航行器重心调节机构设计

为提高小型水下航行器的操控性与机动性,设计了可应用于水下航行器的重心调节机构,利用该机构可实现对航行器俯仰角的控制.系统选用了51系列单片机和L298集成控制电路,对步进电机进行控制,并带动高精度滚珠丝杠驱动重物块来改变航行器重心位置.通过仿真实验验证了机构在调节航行器俯仰姿态中的可靠性和准确性.     

基于VC++和S7-200的水下对接控制系统

分析了水下对接系统的原理和结构,阐述了对接系统的控制方法和通信方法,给出了控制过程中所涉及的通信方案。整个对接系统由水下机械手部分及对接台部分组成,并由对接操作杆完成对接作业。在Windows环境下,基于VC + + 6. 0实现了上位机与对接操作杆的串行口通信,基于S7-200 PLC自由口通信模式实现了上位机与PLC的通信,从而可以通过对接操作杆对机械手和对接台进行实时控制,给出了通讯协议和软件设计方法。系统的控制方法简单易行,人机互动灵活,稳定性好,实时性强,能快速方便的实现水下对接。     

Guidance algorithm for an autonomous unmanned underwater vehicle to a given target

One possible variant of solving the problem of guidance of an autonomous unmanned underwater vehicle to a given target is considered. At large distances, navigation is based on measuring the time of propagation of acoustic signals. Short-range positioning is ensured by processing images taken by an optical camera. PID control is applied as an algorithm controlling the vehicle position and attitude in space. The proposed algorithm is implemented as a computer code and tested in a series of numerical experiments.     

基于超声波的自重构移动机器人自主对接方法

分别在两个对接模块上使用一个超声波发射头和一个超声波接收头,并利用超声波信号对距离和角度敏感的特性,实现了两个机器人模块的对接。实验表明,两个机器人模块交替进行自转与超声波导引可以最终将两模块对齐在一条线上。此方法普遍适用于平面上其它类型机器人模块间的相互对接。     

Design of an Automatic Autonomous Mini Prone-cone Microsatellite Docking Mechanism

The capability of docking, refueling, repairing, and updating microsatellites using automatic autonomous vehicles will be of significance critical value for design and operation of several space systems in the near feature. Automatic docking capability was successfully tested by many institutions such as National Space Development Agency in Japan, European Space Agency, National Aeronautics and Space Administration in USA, etc. However, there is still much more space for improvement of degree of automation during the process of docking with large deviations of the initial attitude. A novel automatic autonomous probe-cone docking mechanism used for microsatellite docking is proposed. This docking mechanism is designed according to the design indices such as miniaturization, degree of automation and automatic capture capability within large deviation of the initial attitude. On the basis of the virtual work principle, the dynamics modeling of the docking process is presented. The position of the contact point is then analyzed. Comprehensive system level simulation is conducted in the 13 kinds of typical operating conditions with the initial deviations. Capture performance is analyzed. The simulation results show that the docking mechanism can be smoothly captured within 2 s in all cases of large attitude deviation between the active and passive spacecrafts. A virtual prototype model of the docking mechanism is established through ADAMS for further verifying the correctness of the buffer parameter model and the autonomous docking capability. A laboratory platform is designed for on-the-ground experimental validation of the property of mini probe-cone docking mechanism. Repeated docking tests prove the proposed design of the mini probe-cone docking mechanism system for its high reliability, and automatic capture capability within large attitude range. The kinetic model of the docking capture process and the mechanism structure could provide some References for similar mechanism design of in-orbit spacecraft.     

M-Cubes自重构机器人对接过程的变形分析

给出了M-Cubes自重构模块的实物模型,介绍了该实物模型的机械结构及对接特点;根据实物模型的特征用有限元对单个模块进行了建模。模块在对接及运动过程中,受外界因素的影响,会发生变形,采用有限元对模块进行了变形分析。通过对变形结果的分析,提出了模块可靠、有效、正确对接所遵循的必要条件,为M-Cubes机器人系统能成功地完成自重构运动提供了有效的指导。     

巷道矩阵式双面立体车库车辆存取装置控制的研究

设计了一种新型大容量立体车库车辆存取装置,该装置采用液压浮动对接惰轮机构建立起车辆存取装置与各个停车位无源履带之间的传动关系,采用液压定位锁紧机构提高了对接精度和存取车辆时的系统刚度,研究了该装置的结构特点与工作原理,制定了相应的控制方案,研究结果表明:这种存取装置特别适合于大型立体车库车辆的双向快速存取,能够使立体车库更为紧凑.     

基于视觉测量的智能轮椅床自动对接

为了提高智能轮椅床系统对接的自主性,提出了一种基于视觉测量的自动对接架构。轮椅床对接过程分为远程导引阶段和近程对接阶段。在远程导引阶段,室内天花板视觉系统采集并识别轮椅上的新型人工标志,利用卡尔曼滤波(KF)的跟踪检测路标特征,继而采用P3P的视觉定位方法确定路标与相机的相对位姿,根据轮椅坐标系与远程阶段的世界坐标系的变换关系确定轮椅的姿态。在近程对接阶段,车载单目视觉系统采集对接目标的引导标志,利用引导标志的角点估计轮椅与床的相对位姿,最后根据实时的视觉反馈实现床椅的自动对接。多次实验结果表明所提出的视觉对接方法具有可行性和有效性。     

Cooperative path planning of multiple autonomous underwater vehicles operating in dynamic ocean environment

This paper presents a two-stage cooperative path planner for multiple autonomous underwater vehicles operating in dynamic environment. In case of static environment, global Legendre pseudospectral method is employed for collision-free paths of vehicles for the purpose of minimum time consumption and simultaneous arrival. Moreover, in order to keep the multiple autonomous underwater vehicles safe from collisions on the path segments connecting two adjacent control nodes, an adaptive intermediate knots insertion algorithm is introduced. In the on-line planning stage, the local re-planning strategy aims at avoiding collisions with unexpected dynamic obstacles by two consecutive avoidance maneuvers, and the differential flatness property of autonomous underwater vehicle is utilized, which can help the vehicles react fast enough to avoid moving obstacles.     

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.     

空间弱撞击对接机构传递功率分析

运用螺旋理论对于一种空间弱撞击对接机构进行传递功率分析,通过求解运动螺旋与力螺旋的互易积,来获知系统的传递功率,得出传递功率与空间弱撞击对接机构本身构型参数、对接环当前位姿信息及速度信息直接相关的结论。考虑到在不同尺寸构型、速度信息下的空间弱撞击对接机构的传递功率是不一样的,不能单纯通过传递功率来评价系统的优劣,因此提出瞬时能效功率比的概念,用以评价某一构型下空间弱撞击对接机构的传递效能,结合具体的算例对瞬时能效功率比进行求解,研究内容与结果为新一代的空间对接机构的性能指标参数优化提供了理论基础。