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。     

水下机器人防倾覆控制系统研究

设计了一种水下机器人的防倾覆控制系统,主要由机体、控制室和螺旋翼三部分组成,螺旋翼由伺服电机驱动。姿态传感器用于采集水下机器人的运动信息,采用Arduino微控制器平台对伺服电机转速进行控制,通过螺旋翼的旋转做出左倾、右倾、平移等一系列的动作,实时调整机器人的姿态,保证水下机器人的平稳运行。实验结果表明:微控制器平台可以有效控制螺旋翼的转速变化,使得机器人能够做出左倾、右倾、平移等一系列动作,可以有效防止水下机器人运动过程中的倾覆。     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。     

自治水下机器人运动控制的动力学分析

运动控制是水下机器人自治化的核心,准确的动力学分析为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据。以葛特勒为原始母型方程,深入分析了水下机器人在水下运动中的受力情况,建立了水下机器人水下运动的一般方程,为自治水下机器人控制系统的设计和仿真提供了调试环境。     

水下捕捞机器人水动力学性能分析

海参捕捞机器人在水下捕捞作业时的性能受姿态变化的影响较大,为了使海参捕捞机器人始终保持最佳性能,需要在实际应用前对不同姿态下的捕捞机器人进行水动力学分析。利用计算流体力学软件 中的RNG 湍流模型作为仿真模型,考虑到仿真计算的精度,对近壁区域的处理进行了研究,在湍流模型的基础上加入了标准壁面函数。应用该模型对水下捕捞机器人水平直航、水平斜航和垂直斜航3种姿态下的水阻力和水阻力矩进行分析。结果表明:不同的姿态将影响水下捕捞机器人所受到的水阻力和水阻力矩的大小;在水平直航时捕捞机器人受到垂直向下的作用力较大,而产生的俯仰力矩较小;在水平斜航时漂角对捕捞机器人的影响较大;在垂直斜航时捕捞机器人的垂向力和俯仰力矩均随着流速和攻角的增大而增加。     

水下机器人-机械手系统的动力学分析

随着我国海洋开发事业的发展,水下机器人操作手在水下勘探、水下采矿、海洋石油工程等领域发挥着越来越重要的作用。本文提出了一种运用指数积公式和凯恩方程对水下机器人机械手系统进行了动力学建模的新方法。采用该方法可以在同一个坐标体系中描叙系统的运动学,而且在建立动力学模型中可以避免大量的求导运算,并可以得到最少数目的微分方程。模型中考虑了海水的拖曳阻力、机器人与机械手之间的相互作用、推进器推力等因素。研究表明指数积-凯恩方法是一种建立水下机器人-机械手的一种有效方法。     

机器人控制系统分析研究

机器人的动力学控制是机器人技术的重要内容,电机控制是其中的中心环节,目前已经产生多种控制方式.为此,该文对机器人的控制系统、机器人的控制方式以及机器人控制的主要控制变量进行了论述,结合电机驱动PID控制提出了主从式机器人的控制策略,给出了控制策略的解算过程.     

水下机器人电液驱动控制系统仿真设计

电液驱动控制系统是水下机器人动力系统中重要组成部分,文章系统地分析了其电液驱动控制系统的工作原理,然后对液压驱动装置进行了建模与分析.通过对滑阀的线性化流量方程和液压缸的流量方程的分析,得出了全方位推进器液压系统的动力机构模型,最后对速度放大系数、液压固有频率和阻尼比等参数对总体性能的影响进行了分析.     

气控滑翔式水下机器人及其控制系统的分析

针对现有民用水下机器人产品少且价格昂贵的现状,提出并设计一种气控滑翔式水下机器人。该机器人以压缩空气作为动力源,结构简单、造价低廉。本研究对机器人的结构及工作过程进行了介绍,并推导了该机器人姿态调整闭环控制系统的传递函数,使用MABLAT进行了仿真分析,得到的结论验证了此闭环系统的可行性,并对此系统设计提供理论基础。     

某水下捕捞机器人的结构设计及水动力学分析

通过对某水下捕捞机器人的外形和机构设计尤其是捕捞机械手和航行推进鳍的设计,设计出一款体积较小专门用于海底水生生物捕捞的水下机器人,基于CFD的水动力学分析仿真得出机器人在水下作业时受到流体水域的压力值,为以后的机器人进行实际水下捕捞作业提供强有力的理论依据。     

水下油气管道外检测机器人设计及其动力学分析

油气管道由于腐蚀、外力等原因会造成管壁变薄,发生穿孔、泄漏和开裂等事故。管道投入运行时间和管道长度不断增加,以及工作环境日趋恶劣,加大了水下油气管道的检测难度。基于SolidWorks软件设计了一款用于检测水下油气管道腐蚀缺陷的机器人,包括管道直行机构和旋转小车,并对关键零部件及控制系统进行了分析设计;通过ANSYSFLUENT软件模拟不同水流速度、不同移动速度下机器人壁面受力情况,分析水流速度、移动速度对机器人前端壁面受力的影响规律,发现：随着水流速度与移动速度不断增大,机器人前端壁面受力不断增大,但当移动速度增大到0.4m/s时,变化不再明显;计算得到最大阻力为170.77N,所选用推进器最大推力为110.74N,因此采用双推进器驱动能够支撑机器人前移,满足设计要求。     

水下机器人的设计与CSMA/CD局域网控制系统的研究

通过对水下机器人的结构设计。对耐压电子舱的耐压性进行了理论值校核和仿真实验,求出了耐压电子舱的在水下所受的应力。在控制原理中,介绍了总体的运动控制总体框架图,并对BeagleBoard驱动功率器件和ArduinoMega2560控制器进行了选择和参数分析。分析了CSMA/CD技术局域网控制,采用CSMA/CD技术局域网,通过控制器,改变电脑无线网的IP设置和子网掩码,实现对水下机器人的运动控制,界面简单,操作方便。针对设计图对实物进行了制造,在制造的过程中,介绍了水下水下照明灯的选型、摄像头视角转换功能原理与设计方法及摄像头的选型及制造装配。采用了激光测距技术,利用脉冲法原理方便测量水下机器人和水下生物之间的距离。最后对制造出的水下机器人进行了水下运动和拍摄实验,运动状态良好,拍摄的水下画面清晰且视角灵活。     

机械胸鳍式仿生水下机器人的动力学特性研究

对新近研制的仿生水下机器人Robo—Mackerel，建立其在胸鳍摆动模式下游动的物理模型，并给出机械胸鳍摆动的运动方程。利用库达-儒柯夫斯基定律和二维叶素理论，分析Robo—Mackerel巡游时受到的流体作用力。通过动力学仿真，计算Robo—Mackerel的游速、推进力、瞬时功率和平均效率等水下推进性能指标。为有效地提高Robo—Mackerel的水下推进性能，分析讨论了机械胸鳍摆动各运动学参数和上述指标的关系，并提出各运动学参数的最优值。     

高速运动机器人动力学分析与研究

当机器人运行于高速条件下时,整个系统将处于一种不稳定的状态。对高速运动条件下的机器人动力学进行了深入的研究。首先,对研制的6自由度搬运机器人平台硬件结构进行了介绍。在此基础上,对高速运动的机器人的动力学表达式式进行了分析,得到了造成机器人高速运动动力学效应的状态参量—机器人的关节角θ、关节角速度θ觶与关节角加速度θ咬,结合机器人样机的PID主控制器,定性探索了机器人的动力学参量与PID控制器参量间的关系规律,为后续的控制器设计提供依据。     

仿鱼形水下机器人设计与分析

对仿鱼形水下机器人进行了设计开发和研究,通过研究鱼类推进原理及现有的水下推进装置,研发出一种新型、高效、无噪音的推进装置;利用CFX对仿鱼形水下机器人外流场进行数值计算和后处理,得到了机器人壳体表面压强云图,验证了设计的可行性,为实物生产提供了可靠依据。之后进行下水试验,证实了前期设计的合理性。     

核电站多功能水下机器人结构设计与分析

研制了一种集监控、打捞功能于一体,可在高辐射、空间狭小、水体呈弱酸性的核电站反应堆水池底部进行作业的核电站多功能水下机器人。结合机器人功能需求,简述了机器人的结构及其特点。针对机械手的工作空间、水作用力分析等设计过程中的关键问题进行了详细分析,并通过仿真对分析结果进行了验证。样机试验结果表明机器人结构设计合理,能够满足设计要求。     

水下机械手控制系统研究

为了研究海洋环境下水下机械手智能控制相关技术,在研究室所研制的无人无缆自主式水下机器人用机械手的基础上,从控制系统硬件和软件两个方面进行了水下机械手控制系统设计;为了实现上位机和下位机之间的信号传输,制定了双向通信协议;最后进行了调试实验,其结果验证了所设计的水下机械手控制系统的正确性和可靠性.水下机械手控制系统的设计为水下机械手智能控制研究奠定了基础.     

一种水下机器人的水面平台控制系统设计

针对水下机器人进行水下检测时的实时控制和监控问题,对水下机器人的推进器结构、运动方式、通讯方式、机体状态显示方式、运动控制方法等方面进行了研究,对水下机器人实现高效水下检测所需的各功能需求进行了归纳,提出了一种基于Lab VIEW的ROV水下机器人的水面平台控制系统,利用实验水池对水下机器人的人机交互界面和摄像头拍摄图像进行了测试。研究结果表明,该系统能实时监测水下机器人的各项性能数据,能够实现通讯连接、机体状态显示、运动控制等多项功能,实时控制响应迅速,实时监控效果好。     

环锭纺接头机器人结构研究与动力学分析

针对当前环锭纺纱机断纱率高、人工接头劳动强度大的现状,开发了一套适用于环锭纺纱机的自动接头机器人。采用牛顿-欧拉方法建立了机器人的动力学方程,并运用MATLAB编程方法和ADAMS动力学仿真功能分别求解出关节驱动力矩,通过两者结果对比,验证了理论推导的正确性。应用ADAMS参数化设计功能求解出关节力矩峰值,为电机选型提供了精确的参数依据。最后以机器人样机做PTP运动为例,对机器人动力学性能进行测试,实验数据与仿真结果吻合,验证了整机设计方法的可行性。该机器人的研发突破了环锭纺纱机无法实现接头自动化的瓶颈。     

水下电弧控制系统建模分析

该文对水下电弧控制系统各部分进行了机理分析，推导出了电弧的静态特性、电弧电压、弧长的变化、伺服传动机构等部分的数学模型，绘制出了各分支机构及系统总的信号流程图，并最终建立了整个控制系统的数学模型。该模型的建立为以后控制策略的选择提供了理论依据和设计参考。