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。     

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.     

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。     

水下大臂展机械手动力学建模与仿真分析

面向水下环境大范围精细作业需求,对水下大臂展机械手系统进行动力学建模和关节驱动力矩求解分析.首先,基于D-H理论对水下大臂展机械手进行正、逆运动学分析,求解各连杆速度与加速度;然后,构建水下大臂展机械手的动力学模型,使用莫里森公式和D-H理论完善动力学模型中的水动力项,采用拉格朗日法求解整机的净浮力、惯性力、离心力、科...     

流干扰下的水下机械手动力学建模分析

研究了四功能深海电驱动机械手所受的水动力。以Morison公式为计算基础,利用拉格朗日方法,建立了流干扰下的水下机械手动力学模型。仿真研究了水阻力、浮力、定常流以及非定常流对水下机械手动力学的影响。结果表明,在各水动力影响因素中,浮力影响最大,流干扰次之,而水下机械手运动搅水引起的水动力甚微。     

水下双功能机器人的机械手设计与分析

随着核电业的快速发展,核电站对水下机器人的使用要求不断提高,并逐渐催生出一种水下爬行与潜浮双功能机器人,在此基础上提出一种水下爬行与潜浮机器人通用的机械手设计方案,通过正逆运动学分析、机械手工作空间的求解与仿真以及基于SolidWorks运动仿真模块的仿真与计算,验证了该机械手设计方案满足要求以及搭载在爬行式和潜浮式机器人上作业的要求。建立了运动学模型,得到了运动学特征方程,解出了机械手运动学正解和逆解,以及工作空间仿真系统,为之后的机械手动力学分析、实时控制和轨迹规划提供了重要的理论基础。     

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。     

人机共享控制机器人系统的应用与发展

康复机器人和辅助机器人可以提高患者生存质量,受到了科研和临床等领域的广泛重视。实现该类机器人的一个重要目的是帮助残疾患者完成日常生活中的活动。其中,人机共享控制机器人系统,充分结合了人类在上层规划和机器在精细控制上的优势,具有很好的控制效果。首先介绍了几种新型的人机交互方式,并对人机共享控制机器人系统的构成与优势进行简要分析;随后结合国内外研究现状,对不同类型的人机共享控制机器人系统进行详细介绍;最后着重从新型人机交互和共享控制两个方面,展望了未来技术的研发方向。     

面向水下作业的水液压机械手研究与展望

水液压技术在水下作业环境中具有鲜明的技术优势,在海洋探测、海洋资源开发等领域具有广阔的应用前景。水下机械手是执行水下作业任务的重要工具,将水液压技术应用于水下作业机械手,可降低水下机器人-机械手系统的复杂程度、提高性能上限。通过阐述当前国内外各研究机构针对不同应用场景所研制水下机械手的结构特点、研究水平和商业化发展现状,对比分析不同驱动形式的优缺点及其对水下机械手性能和设计要点的影响,得出水液压驱动水下机械手是当前水下作业工具的最佳选择。在此基础上分析了水液压机械手设计中需解决的摩擦与润滑、材料、动力学模型、运动控制等关键技术问题,最后对水液压机械手未来发展的趋势进行了展望,以期为相关研究提供参考。     

模块化水下机器人控制系统设计

为了提高水下机器人控制系统设计的工作效率,提出了一种基于模块化思想的控制系统设计方法.模块化是指在对一定范围内的不同产品进行功能分析和分解的基础上,划分并设计生产出一系列通用模块或标准模块.把控制系统的硬件部分和软件部分按功能分解成一系列标准模块,将标准模块按照实际需要的设计结构进行组合,即可实现水下机器人控制系统的设计.采用这种模块化方法实现了水下机器人控制系统设计上的简单化,功能上的灵活化.     

无人水下航行器用双转子无刷直流电机的控制

根据无人水下航行器的任务特点,研制出无位置传感器的双转子对转无刷直流电机推进动力装置。介绍了无刷直流电机利用专门设计的转换电路,直接检测电机绕组线电压获得功率管驱动信号的方法,研究了无位置传感器无刷直流电机的起动方法,通过样机实验验证了系统设计的合理性。     

分散滑模控制理论在自主式潜水器（AUV）控制中的应用

对自主式潜水器（ＡＵＶ）水动力模型进行了近似处理，利用改进的变结构滑模控制方法设计了ＡＵＶ控制系统，仿真表明模型处理合理，控制系统能克服模型强耦合和严重非线性，效果好，且系统鲁棒性强。     

基于变质心控制的低速水下航行器动力学建模

针对水下滑翔机器人在低速运动过程中常规鳍舵低的问题,提出了通过设在航行器内部的3个滑动质量块运动,改变机器人动力学系统质心,从而改变了作用在机器人上的流体动力力矩,进而改变其姿态角,从根本上克服了常规的鳍舵控制方法的不足。本文基于广义d’Alembert方程推导了基于变质心控制的水下滑翔机器人的4刚体9自由度动力学方程,进行了纵平面下的弹道仿真。     

基于多传感器的水下定位控制策略的研究

设计了一种基于多传感器的水下潜器定位系统.在系统中加入多个传感器对被控对象进行检测,采用多传感器数据自适应加权融合估计算法,将融合后的数据反馈到PID控制器输入端,从而避免了单传感器由于物理原因损坏或干扰噪声过大等因素造成的控制效果不佳等问题.     

水下微小型机械手控制系统研究

水下机械手是机器人在水下执行作业时的重要工具,因此研制便于控制、稳定性、可靠性高的水下机械手对于完成水下作业任务具有重要意义。首先在分析抓取任务及水下环境信息的获取的基础上,研究了水下机械手的总体结构并设计了系统的硬件结构和软件组成,接着提出了一种新型水下机械手的速度伺服PID控制方案。测试结果表明,该机械手工作稳定,精度、灵敏度高,能满足水下作业的要求。     

基于自适应反演滑模控制的AUV水平面动力定位方法

自主水下航行器(AUV)是一种高度耦合的强非线性系统,传统的定位方法采用解耦线性化模型,很难保证控制品质。本文针对未知海流作用下AUV的非线性水平面运动模型,充分利用其运动学和动力学模型的特性,提出了基于自适应反演设计方法的AUV水平面动力定位算法,在线估计海流速度。仿真结果验证了跟踪控制系统的全局渐进稳定性,及对有界外部扰动的鲁棒性。     

PSM中产品配置模型的研究

在PSM中,基于模块化设计的产品模块设计配置过程,主要问题是如何建立多样化、个性化的用户需求与产品模块库中模块的映射,如何创建模块配置空间.文中对产品配置模型及产品配置过程进行了详细阐述,给出了产品配置模型及PSM系统模型,并给出了实例.     

网络控制系统中信息调度的研究进展

由于网络带宽的限制以及控制系统的时限要求，网络控制系统的性能不仅取决于控制算法的设计，而且取决于网络信息的调度，以实现各个网络节点资源分配。文中综述了网络控制系统中信息调度的研究进展，主要内容：首先比较了单处理器的任务调度与网络控制系统的信息调度；介绍了单处理器的RM和EDF两种实时调度算法以及多处理器的调度算法；讨论了调度的单独设计和调度与控制的共同设计；最后探讨了若干待解决的问题及发展趋势。     

基于组态软件的机械手控制监测系统

介绍了利用组态软件MCGS，实现机器人控制监测系统的建立，验证机械手控制系统达到的功能。阐述了该系统的组成、功能、MCGS开发的人机接口可视化界面、控制监测程序的编辑等等。系统具有界面友好、易于操作、运行可靠、便于升级扩充等特点。     

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。