两栖机器人海流发电涡轮结构优化设计

设计了一种新型海流发电涡轮结构,对其发电性能进行了分析研究.选取某经典系列翼型进行动力特性的分析,选择其中升阻比较高的翼型,通过Wilson优化设计理论生成叶片模型.通过对轮周截面形状的优化,有效降低了卡门涡街效应对整体涡轮结构的影响.仿真结果表明,该新型海流发电涡轮结构具有较高的捕能效率,为解决水陆两栖机器人的续航问题提供了新的可行性方案.     

仿鳄鱼水陆两栖机器人机构优化设计与试验验证

在分析国内外两栖仿生机器人研究最新进展的基础上,以鳄鱼为生物原型,设计一套两栖机器人爬行与游动复合机构。在对复合仿鳄鱼机构进行的仿真优化过程中,得出使得机器人运动效果最优的一组身长与腿长的比例为17:13。认为在腰部扭转的角度一定时,机器人的运动性能随着腿长与身长比例的增加而渐优;而在腰部转到极限扭转角的情况下,机器人运动性能随着腿长与身长的比例增加呈现近似抛物线规律。设计制作仿鳄鱼两栖机器人的原理样机,并进行爬行与游动试验。试验结果表明,使得机器人运动效果最佳的运动频率是2Hz。     

基于传感器的两栖机器人环境感知系统研究

通过对两栖机器人复杂作业环境及自身设计特点的分析,针对水面、陆地及水陆交叠的不同环境,分别为机器人设计了基于传感器的环境感知系统,并在此基础上,针对陆地环境将模糊控制算法引入两栖机器人的避障研究,设计了模糊控制器.仿真及实验研究的结果表明,该环境感知系统可以在不同的作业环境下及时准确地获取环境信息,同时模糊控制算法应用于陆地环境下的机器人局部路径规划后,取得了较优的无碰撞局部路径.     

两栖球形机器人的路径规划策略

两栖机器人的水下路径最优规划是目前机器人运动控制研究领域的热点和难点。本文针对两种基于视觉伺服的广义约束优化（GCOP）和序列二次规划（SQP）的机器人运动控制算法进行对比分析,结合视觉伺服传感器,实现了两栖机器人最佳路径的规划、监测动态目标标定、移动目标监测、水下障碍物识别和目标跟踪。利用球形机器人的结构对称特性及阿基米德浮力原理,并结合模糊控制算法对水舱水位进行实时控制,使球形两栖机器人在水下能实现水下多自由度运动。最后,进行了算法的仿真和水下运动实验。实验结果表明,GCOP算法和SQP算法在相对障碍物的有限距离内,SQP算法规划的路径更加合理;而在达到目标坐标位置上,两种算法的误差为167.5mm,SQP算法在水下路径规划上更加有效。     

基于遗传算法的水空两栖机器人可变形翼剪叉机构优化设计

针对水空两栖机器人可变形翼的剪叉机构拟合问题,根据最优化思想,构建剪叉机构的几何模型,提出了一种优化算法以及优化流程框架。应用遗传算法对剪叉机构几何参数进行优化设计,探究剪叉单元数量与拟合误差值之间的关系,分析了优化结果对变形翼的影响,对水空两栖机器人可变形翼剪叉机构的设计有一定帮助。     

涡轮叶片三维气动优化设计

根据五次多项式叶片造型方法进行叶型参数化，得到涡轮叶片的参数化模型，采用N—S方程进行三维流场计算，使用模拟退火算法和序列二次规划算法相结合，以涡轮气动效率为目标进行了优化，优化结果显示涡轮气动效率得到提高。算例表明文中涡轮叶片参数化方法是可靠的，文中提出的叶片三维气动性能优化方法是可行的。     

小型两栖机器人推进机构设计与水动力学分析

根据两栖机器人对水陆两种环境的适应需求,设计了一套水陆两用的机器人推进机构。基于水动力学原理,对机器人推进机构的轮片在水下产生的推动力进行了分析。分析结果表明,两栖机器人水下推进力与轮片的弧度,截面面积及转动速度等因素有关。根据分析结果对推进机构参数进行了优化选择。     

足板驱动两栖机器人陆地运动研究

对足板驱动两栖机器人陆地运动进行研究,在分析足板驱动两栖机器人的运动学和动力学基础上,采用虚拟样机技术建立了考虑足板与地面接触的仿真模型。通过仿真研究了机器人做匀速运动时地面对足板的冲击以及电机驱动力矩的变化情况,从而指导电机选型和机械结构设计,同时为分析机器人系统的动态特性提供了依据。     

水陆两栖蛇形机器人的研制及其陆地和水下步态

针对沼泽、浅滩等复杂环境对蛇形机器人的环境适应需求,在广泛分析国内外水陆两栖蛇形机器人研究最新进展的基础上,研发一种新型水陆两栖蛇形机器人。该机器人由9个具有密封设计的万向运动单元组成,保证了样机在陆地和水中均能灵活运动。基于简化的蛇形曲线得到水陆两栖蛇形机器人的基本二维运动步态即蜿蜒运动。对两个垂直平面上,即水平面和竖直面上基本步态进行复合,由基于启发式思想的三维步态生成方法,得到包括侧向蜿蜒等运动的水陆两栖蛇形机器人的多种陆地步态和水下步态,其中S形翻滚运动和螺旋翻滚运动为蛇形机器人的两种新型步态。通过步态试验验证了水陆两栖蛇形机器人的陆地和水下运动能力。在试验过程中,对陆地和水下步态的性能做出分析,分析结果对水陆两栖蛇形机器人在陆地和水下运动的位置和姿态控制具有重要意义。     

煤矿抽水蓄能电站水陆两栖机器人控制系统设计

为实现煤矿抽水蓄能电站建设前期废弃矿洞的勘探和建成后期地下厂房系统、地下水库的巡检任务,提出了一种结构布局合理、姿态调节灵活、控制稳定精确的煤矿抽水蓄能电站水陆两栖机器人.以煤矿抽水蓄能电站水陆两栖机器人为研究对象,简要介绍了机器人的总体方案设计,重点研究了其控制系统的设计,阐述了控制系统软、硬件的设计与实现,并通过Matlab Simulink仿真软件进行了数字仿真实验.仿真结果表明:艏向运动控制系统调整时间约为10.8 s,系统响应时间约为8 s,振幅超调量仅为6.5％,系统稳态误差不超过3°,满足艏向运动控制要求,从而验证了控制系统设计的正确性和可行性.研究结果具有较高的工程实用价值,为后续水陆两栖机器人的研制奠定了理论基础.     

一种弱海流叶轮发电储电系统研究

提出了一种基于弱海流的小型叶轮发电储电系统,通过整流电路将输入的交流电转换为稳定的直流电并储存在蓄电池中,并完成对电压、电流的监控。研究成果可作为多种海流能发电装置的后置电能储存处理模块,可以用于对海洋探测设备等进行有效续能。     

新型能源自给式管道机器人的结构设计研究

管道机器人可以对管道进行低成本高效率的检测和维护.目前的管道机器人受到能源供给的限制,不能长时间远距离进行工作.论述了新型能源自给式管道机器人总体结构设计、发电蓄能部分结构设计、支撑轮组件的设计和导向机构设计,这些设计为建立新型能源自给式管道机器人的模型并进行速度控制奠定了基础.     

海流发电装置轴向力分析及液压平衡装置设计

针对水平轴螺旋桨式海流能发电装置正常工作时轴向力很大的问题,运用流体力学理论、叶元动量理论及流固耦合模拟的方法,对叶片受力进行分段求解再叠加计算出轴向力。计算的轴向力与数值模拟仿真结果较好地吻合。理论分析和仿真计算表明水流流速的变化及流固耦合使轴向力呈随机非线性变化。根据轴向力规律性变化的特点,设计一种新型的液控式轴向力自动平衡装置,在Bladed和AMESim软件中建立系统联合仿真模型并进行研究,结果表明该液控平衡装置可以较好地抵消水流引起的轴向力波动,从而可以保护轴承结构。     

硅片传输机器人手臂结构优化设计方法

提出一种以硅片传输机器人末端竖直方向上由手臂静变形引起的静偏移为约束、以刚性杆柔性关节系统固有频率为优化目标、以各手臂壁厚为优化参数的硅片传输机器人手臂结构优化设计方法。建立硅片传输机器人刚性杆柔性关节动力学模型,通过系统固有频率分析以及模态分析确定对轨迹精度影响较大的模态为一阶模态与二阶模态;通过分析结构参数对一阶与二阶固有频率影响的灵敏度以及权值选择小臂与末端手臂的质量作为优化参数;建立以手臂厚度为变量、以手臂结构尺寸为约束的手臂挠度模型与末端竖直方向静偏移模型,分析手臂厚度对末端竖直方向静偏移的影响规律并对末端手臂与小臂的厚度尺寸进行优化设计;对结构优化设计前后硅片传输机器人手臂的性能进行对比分析。结果表明:该方法在大幅度降低手臂质量的同时可显著提高硅片传输机器人手臂的一阶与二阶固有频率,大幅度降低了末端竖直方向上的静态偏移及内应力,大幅提高了系统竖直方向上的振动频率。     

基于线翎电鳗运动模式的水陆两栖机器人设计

针对机器人在水下环境的环境探测方面,提出设计一种拥有类鱼类MPF运动模式水陆两栖仿生线翎电鳗探测机器人.机器人由STM32-F103C8T6主控板、单轴60kg-DS5160舵机、42步进电机J-4218HB4401、TB6560步进电机驱动器、XL6009升压模块以及特定的机械结构组成.机器人通过主控板对步进电机进行控制,使其带动机械机构模拟线翎电鳗运动模式进行运动;通过大功率舵机的调节,可使其可在水陆两种环境进行运动.实验结果表明,设计的水陆两栖机器人有在水陆环境中有效地进行工作,模拟线翎电鳗运动模式的意义.     

基于Simulink的汽车尾气温差发电装置优化设计

基于传统汽车尾气温差发电装置只采用热电材料PN结的单独材料设置,导致整体的热吸收效率和发电功率并不突出的问题,通过对多种热电材料的组合优化汽车尾气温差发电装置设计,使得各材料处于其对应的最合适的工作温度区间,从而获得更高的热电材料优值,同时结合以单螺杆膨胀机为做工涡轮的布雷顿循环,提高温差发电的吸收效率和发电功率,极大地提升了废气余热回收的利用率.     

基于多目标遗传算法的水陆两栖可变形机器人结构参数设计方法

水陆两栖可变形机器人是一种兼具变形能力与两栖环境适应能力的新型移动机器人。在其机构设计中,结构参数直接影响该机器人在任务环境中的各项机动性能。针对水陆两栖可变形机器人工作环境复杂性和任务多变性,提出一种基于多目标遗传算法的机器人结构参数设计方法,以得到该型机器人在两栖环境中的最优的综合性能。在水陆两栖可变形机器人陆地环境和水环境中运动学和动力学模型基础上,建立两栖环境中机器人的机动性能指标函数与结构参数的映射关系,并在此基础之上构建面向水陆两栖可变形机器人的结构参数设计的多目标优化问题。利用多目标遗传算法得到该多目标机构参数设计问题的Pareto最优解集,并且通过组合赋权方法确定各目标决策属性的权重,从Pareto最优解集中得到符合设计要求的水陆两栖可变形机器人的各项机构参数最优解,进而指导机器人最终结构参数设计。根据最终得到的结构参数研制出水陆两栖可变形机器人样机Amoeba-II,并在两栖环境下进行样机的各项性能试验,最终验证了基于多目标遗传算法的机器人结构参数设计方法的有效性以及在机器人设计中的适用性。