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.     

基于高压水射流的船体清洗机器人关键技术分析

从吸附结构方面对近几年的船体清洗机器人进行分类介绍,阐述了各种吸附类型的优缺点及适用的环境。在分析机器人的工作姿态和失稳形式的基础上,分析了机器人吸附性与灵活性之间的矛盾,突出了发展复合吸附式船体清洗机器人的优势,并提出可行方案。从船体清洗方式的角度阐述了环保的高压水射流清洗技术,论述了坞内高压水射流清洗与水下高压水射流清洗存在的缺陷,提出将高压水射流技术与爬壁机器人技术结合的方案。最后总结了船体清洗机器人存在笨重不灵活、清洗不环保、智能化不足等问题,展望了机器人向复合吸附、自动化清洗和编队化作业发展的关键技术。     

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。     

磁隙式爬壁机器人的研制

大面积钢质表面预处理(如船舶表面除锈、大型储罐表面除漆等)专用的重载爬壁机器人设计,其技术关键是机器人的吸附效应,即吸附可靠、行走灵活。传统的爬壁机器人有两种吸附方式:真空吸盘式(其不适应重载)和磁吸式(其爬壁运行不灵活)。磁隙式爬壁机器人将真空吸盘式与磁吸式相结合,互补增强机器人的吸附效应,其磁隙结构即将磁履接触壁面吸附改为磁块单独安装不与壁面直接接触,通过调节其间隙改变磁隙效应。该机器人质量75 kg,且要重载几十米长的超高压软管和真空管,作业时管内充满水,专用于船舶表面自动化除锈等作业,实现了钢质表面用水作业,即除即干不返锈的目标。介绍爬壁机器人的设计原理、受力分析、磁隙效应和工业试验。应用表明磁隙式爬壁机器人满足了重载作业、灵活行进、吸附可靠的诸项要求。     

履带式磁吸水下清刷机器人系统

由于现在的船舶很大程度都会出现水下附着物堆积导致船舶重量增加、油耗增加等问题,所以该设计通过对ROV水下机器人的研究以及机器人中较为重要的爬壁机器人原理的学习,通过履带和永磁体的结合使用,加强机器人在清刷过程中对船体的吸附。同时,这种合力作用可以让水下清刷机器人克服传统水下清刷机器人运行速度慢、适应能力差等动力缺点,配合可以固定旋转的不锈钢小钢刷便可以有力地去除船底污垢,再利用全方位摄像头检查清刷效果,达到全面清刷。该新型水下机器人将广泛地应用于船舶清刷行业中。     

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。     

可重构磁耦合水下推进器的磁场分析及性能评估

在保证微小型水下机器人运动灵活的同时,降低矢量推进器机械复杂性,改善其防水密封问题,设计了一款可重构磁耦 合的水下矢量推进器。 基于磁耦合非接触式动力传输,解决了驱动电机与螺旋桨之间的防水问题;与此同时,采用重构机构在 两自由度内改变螺旋桨位姿,实现了可重构矢量推进水下机器人的目的。 在建立磁耦合磁场模型的基础上,通过 ANSYS Maxwell 磁场仿真与搭建的磁转矩测量装置,验证了磁场建模的正确性并分析了重构机构对磁耦合动力传输磁转矩的影响。 在 此基础上,进一步搭建了螺旋桨水下测力装置,评估了转速与推力以及不同重构角下最大矢量推力的变化情况。 结果表明,推 进器能够在[-15°,15°]两自由度可重构角范围内稳定地输出矢量推力。     

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。     

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。     

磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的设计

分析了一种磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的工作原理,利用等效磁路法对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了分析,提出了基于位移刚度以及电流刚度的永磁偏置径向混合磁轴承的设计方法,给出了具体的设计步骤和设计实例.理论分析表明,所提出的方法与现有的设计方法相比考虑了磁轴承电磁参数与控制器参数的关系,设计结果与试验结果基本吻合.设计与试验结果表明:提出的设计方法切实可行,具有一定的应用价值.     

径向—轴向共用偏磁电流的主动磁轴承结构参数设计与有限元分析

介绍一种新型径向—轴向共用偏磁电流的主动磁轴承的基本结构和工作机理,用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行计算,得到悬浮力数学模型;根据悬浮力要求设计实验样机参数,利用有限元Ansoft软件对磁轴承样机的磁路进行有限元分析。理论研究和有限元分析结果表明,该磁轴承机械和磁路结构合理,悬浮力满足设计要求,各自由度在平衡位置附近运动,与磁路没有耦合,对各自由度可采用分散的PID(proportion integration differentiation)对其进行控制,大大简化控制系统。     

船体壁面爬行器设计

介绍了应用于船体对接焊缝检测的磁吸附爬行器设计.该爬行器采用永磁铁吸附在钢板表面上,通过双履带后轮驱动,可以在船体壁面上连续爬行,并有一定的越障能力.主要阐述了爬行器的磁吸附机构、双履带驱动机构、各主要功能模块的结构设计及爬行器的壁面适应设计,并对其控制系统作了简要介绍.     

Design and accuracy analysis of a metamorphic CNC flame cutting machine for ship manufacturing

The current research of processing large size fabrication holes on complex spatial curved surface mainly focuses on the CNC flame cutting machines design for ship hull of ship manufacturing. However, the existing machines cannot meet the continuous cutting requirements with variable pass conditions through their fixed configuration, and cannot realize high-precision processing as the accuracy theory is not studied adequately. This paper deals with structure design and accuracy prediction technology of novel machine tools for solving the problem of continuous and high-precision cutting. The needed variable trajectory and variable pose kinematic characteristics of non-contact cutting tool are figured out and a metamorphic CNC flame cutting machine designed through metamorphic principle is presented. To analyze kinematic accuracy of the machine, models of joint clearances, manufacturing tolerances and errors in the input variables and error models considering the combined effects are derived based on screw theory after establishing ideal kinematic models. Numerical simulations, processing experiment and trajectory tracking experiment are conducted relative to an eccentric hole with bevels on cylindrical surface respectively. The results of cutting pass contour and kinematic error interval which the position error is from –0.975 mm to +0.628 mm and orientation error is from –0.01 rad to +0.01 rad indicate that the developed machine can complete cutting process continuously and effectively, and the established kinematic error models are effective although the interval is within a ‘large' range. It also shows the matching property between metamorphic principle and variable working tasks, and the mapping correlation between original designing parameters and kinematic errors of machines. This research develops a metamorphic CNC flame cutting machine and establishes kinematic error models for accuracy analysis of machine tools.     

磁流变减振器磁场特性分析及试验研究

设计了磁流变减振器磁芯磁路,建立了磁路的仿真模型,仿真研究了磁路的磁场特性,用实验的方法对仿真模型进行了验证和修正;在此基础上,建立了整个磁流变减振器的仿真模型,仿真研究了其磁场分布规律及不同参数下阻尼孔附近的磁通密度.研究结果表明,磁芯直径、工作缸壁厚、阻尼通道长度和线圈电流是影响磁场特性的主要因素,合理选择磁路结构参数可使其性能得到最大发挥.设计并制造出一种车辆单筒充气式磁流变减振器,对其进行了台架试验,得到不同电流下的减振器示功特性图,研究发现,通过调节减振器励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,在磁场作用下,磁流变液粘度发生变化,从而改变减振器的阻尼特性,减振器的饱和工作电流约为2A.试验验证了磁路设计的正确性,并为实现车辆磁流变半主动空气悬架控制研究奠定了基础.     

电磁齿轮磁路的分析与计算

根据电磁齿轮的结构特点，分析了电磁齿轮传动的主磁路，并推导出非均匀的工作气隙磁场与装配气隙磁场磁导的计算公式。     

轴向磁化双永磁环悬浮轴承静态磁力的研究

永磁悬浮轴承由于结构简单且不需要复杂的位置控制系统而具有相当的应用价值。基于永磁材料的线性退磁曲线,通过对双永磁环的磁路分析,利用间隙磁导的拟合计算公式,采用虚功原理法得到双永磁环轴向静态磁力的解析模型,该解析模型可以计算不同内外径的双永磁环悬浮轴承的轴向静态承载力,并设计了测量双永磁环间隙与磁力关系的实验装置,实验结果表明,永磁环磁力解析模型的计算值和实测值吻合较好,该方法能较好的计算出双永磁环悬浮轴承的静态承载力。     

磁流变传动机构的设计与研究

设计了一种磁流变传动机构的基本结构，分析其工作原理；并推导了磁路设计的理论计算公式，得出了磁路设计的一般方法；对机构所传递的力矩进行了实验测试和分析。为磁流变传动机构的应用与研究提供了参考和依据。     

基于Arduino的水面智能垃圾清理与水样采集机器人

该文设计了一款基于Arduino的水面智能垃圾清理与水样采集机器人。该机器人是集垃圾清理、水样采集及船体控制系统于一体的新型智能船。智能船的控制系统能够实现船体和船上设施的远距离自主操作,船体状态的监控和打捞装置(仿生机械臂)的控制以及水样的实地采集。该船有自主和半自主2种模式,能够自动识别水面垃圾并按照既定轨迹进行避障行驶。整个控制系统设计分硬件和软件2部分。为了提高系统的可控性,使用LABVIEW软件设计了人机交互界面,从而实现船体发动机温度检测、船体漏水报警和系统工作模式设置。样机经过调试,表明机器人能够完成远距离高精准的垃圾清理任务,整个控制系统拥有较高的工作效率和稳定性。     

电磁轴承系统中的辅助轴承与振动影响

出于安全性考虑,实验或应用中的电磁轴承系统通常需要考虑安装辅助轴承。由于辅助轴承并非具有实质性的支承作用,因此一般情况下,在电磁轴承系统设计时,对辅助轴承的振动情况及其对整个磁悬浮系统的影响考虑是极少的。通过一台磁悬浮铣床电主轴样机的实验结果表明,辅助轴承的振动影响有时不仅不能忽略,甚至它对系统的安全运行的影响是至关重要的。