基于分解压力原理的水下机器人主体密封结构设计

针对浅水域船体水下表面检测及清刷作业水下机器人的密封要求,设计一种水下机器人主体密封结构。该密封采用两级O形圈密封结构,基于分解压力的原理,密封面采用锯齿形接触面,以减小密封圈的变形。利用流体仿真软件分别分析不同槽深、槽数、槽形夹角对漏水率的影响,得到最优的密封结构参数。通过实验验证该密封结构能保证水下机器人内部组件不受漏水影响,可确保机器人在水下作业的稳定性。     

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。     

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。     

水下机器人动密封技术

轴的动密封技术是水下机器人研制的关键技术之一,文中根据水下机器人工作的环境,介绍了适合水下机器人转轴动密封的四种密封方式,阐述了其结构、工作原理和应用场合,供水下机器人研发工作者参考。     

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167.5 mm,SQP算法在水下路径规划上更加有效。     

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。     

基于AVR单片机控制的水下推进器设计

为了保证水下机器人能够快速有效地执行指定的任务,性能优良的推进系统是必不可少的。设计了一种高效率的导管螺旋桨水下推进器,采用三维造型软件SolidWorks设计推进器整体结构,运用ANSYS对推进器外壳进行静力分析,以校核推进器壳体的结构强度,利用ATmega 16单片机实现对螺旋桨推进器的运动控制,最后通过水下实验对推进器的运动和密封性能进行了验证。     

一种快速进行操作孔密封装置的设计

针对目前水下机器人操作孔采用多个螺钉连接密封和螺纹压环密封方式的不足问题,设计了一种可快速对操作孔进行密封的装置。操作时只需使用改锥将预先旋入孔盖的螺钉向上旋转即可将孔盖向下压紧和锁紧板向上顶紧。同时由于该结构采用O型橡胶圈轴向密封与径向密封相组合的形式,经水下机器人大深度长航程海上试验验证,其密封更安全可靠。     

水下机器人动力学分析与控制系统研究

对6自由度水下机器人进行动力学分析和运动控制系统研究。首先,建立了水下机器人坐标系,考虑重力、浮力、水动力及推力等因素对水下机器人影响,建立了6自由度水下机器人的动力学模型,进而描述了水下机器人的复杂运动。在此基础上,设计了一种模糊逻辑控制器,对水下机器人进行运动控制。通过计算机仿真分析,验证了控制方法的有效性,对后续水下机器人控制系统的进一步研究,提供了依据和参考。     

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。     

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。     

两栖六足仿生机器人的水陆运动控制研究

两栖六足机器人不仅需应对崎岖地形对陆地爬行提出的挑战,还要解决机器人在水下灵活运动的控制问题。因此,本文首先提出了基于深度强化学习的崎岖地形运动控制方法。通过MuJoCo为机器人执行爬行任务构建交互环境,并采用近端策略优化(PPO)算法训练智能体使其获取适应于不同崎岖程度地形的控制策略。仿真数据表明,陆地控制策略可使机器人在平坦、轻度崎岖、重度崎岖3类地形上快速、稳定地完成前进任务。针对水下运动控制问题,本文通过分析机器人动力学模型将其分解为：采用视线法与PID控制器解决平面轨迹跟踪和深度控制问题。水下实验表明,机器人可在平面快速跟踪Sigmoid曲线且轨迹偏差不超过0.11 m。深度控制实验中,机器人可平稳到达指定深度且控制精度在0.02 m以内。     

智能水下机器人BP神经网络S面控制

针对智能水下机器人传统S面控制器参数设置过程依赖经验且设置不当将严重影响运动控制效果的问题,设计了BP神经网络S面控制器,由神经网络正向传播输出S面控制器参数,并在反向传播中实现参数的在线整定。采用某微小型智能水下机器人模型仿真实验的结果表明,该控制器能够自主完成控制参数初始化与调整,具有收敛速度快、超调与稳态误差小、干扰条件下能够迅速恢复稳定等优点,可以为实际工程中运动控制器设计提供参考。     

水下双目视觉系统的设计与密封技术研究

为在核电站乏燃料池中工作的水下焊接机器人设计一套双目视觉系统,介绍该系统的组成及各组成部分之间如何连接并协同完成双目视觉的图像采集工作。根据实际工作需求,设计适合水下工作环境的水下摄像机和水下光源,介绍摄像机和光源的选型、结构和密封方法。设计用于安装固定摄像机和光源的水下云台的结构与动密封,云台可以进行左右摇摆和上下俯仰运动。实际应用证明这套系统工作稳定、操作方便、反应迅速,可以获得清晰的水下实时图像。     

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。     

水下机器人耐压电子舱设计与制作

耐压电子舱作为水下机器人电子元器件的重要载体,其结构设计、强度分析、密封及防腐技术是水下机器人开发设计非常关键的技术之一。本文从电子舱结构设计、材料选择、水密设计和防腐设计这几个角度介绍了水下机器人耐压电子舱的设计和制作,并成功应用于水下机器人潜水作业。     

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。     

水下管道清洁机器人的设计与研究

针对目前水下管道清洁设备智能化程度低、人机交互性差的问题，设计了一款集水下管道智能巡检、污染物清除为一体的水下管道清洁机器人。该机器人采用STM32F407ZGT6单片机作为核心处理器，通过摄像头采集管道信息，利用PID算法控制水平分布于四角的螺旋桨，实现对机器人水下运动控制和管道智能巡检；清除过程采用机械臂结合OpenMV模块实现管道上的杂物清洁。设计的水下管道清洁机器人结构简单、控制稳定，可以实现水下管道巡检、杂物识别、杂物清除的一体化服务，从而降低清洁成本，提高经济效益。     

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.