适于水下船体的爬壁机器人关键技术及其研究进展

水下船体表面清刷和检测为爬壁机器人开辟了新的应用领域,其特点是机械本体稳定地吸附在水下船体表面上,同时能够灵活地完成移动、转向、越障等行走功能,进而完成针对船体表面的检测、清刷等作业。文中重点介绍了几种水下船体作业的爬壁爬行机器人,并对机器人的吸附和行走两个关键技术进行了分析,总结了水下船体作业机器人研究中的一些难点问题及其发展趋势。     

国内首台洗船机器人有望每年收益上亿元

近日，哈尔滨工程大学推出国内首台可以为大型船舶“洗澡”的水下船体清刷、检测机器人，可随时随地为庞大的船体进行清洁。据悉，该样机已通过由省科技厅组织的专家鉴定，其综合技术指标达到了国际先进水平对降低船舶的非营运时间和燃油消耗起到巨大作用。     

水下非接触爆炸作用下的船体结构响应分析

当遭受水下非接触爆炸载荷作用时,船体结构的响应规律十分复杂.用Abaqus对某船在一些水下非接触工况进行数值模拟.结果表明,船舶整体结构在非接触爆炸载荷作用下的响应规律与船体的垂向、纵向距离以及结构形式有关.     

基于超声相控技术的新型船舶计重方法研究

针对传统水尺计重存在的成本高、效率低、误差大的问题,提出一种基于超声相控技术的新型船舶计重方法。以超声相控技术为基础,设计了用于船舶计重的超声阵列换能器,搭建测试平台对换能器的性能进行测试,之后利用该换能器对加载重前后的水下船体进行相控扫描,同时重构出水下船体三维模型并计算出体积,利用阿基米德定理计算排水量,最后根据排水量之差计算出载重。以小型载重船模为测量对象,计算在不同载重时的误差大小,并对船模下降20mm时的计重结果进行不确定度分析。结果表明,载重10kg以内时该方法的计重误差不超过2%,随着载重量的增加计重误差会相应减小。     

中国自主研发的智能型水下机器人“亮相”北极科考

中国科学院沈阳自动化所自主研制的北极冰下自主／遥控海洋环境监测系统（简称“北极ARV”）,于7月11日搭乘“雪龙”号赴北极参加我国第三次北极科考。这是继2003年“海极”号ROV赴北极科考后,沈阳自动化所研制的水下机器人第二次参加北极科考活动,也将是我国极地科考中首次采用自主／遥控混合作业模式的水下机器人进行海洋环境监测作业。     

中国研出新概念水下机器人 有助海洋监测

据中国科学院消息,中国科学院沈阳自动化所自主开展研发的“混合型水下机器人(ARV)关键技术研究”及“水下滑翔机器人研究”顺利通过验收。这标志着沈阳自动化所在新概念水下机器人研究方面又取得了技术突破。ARV是一种集自治水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)技术特点于一身的新概念水下机器人。它具有开放式、模块化、可重构的体系结构和多种控制方式(自主/半自主/遥控),自带能源并携带光纤微缆,既可以作为AUV使用,进行大范围的水下调查,也可以作为ROV使用,进行小范围精确调查和作业。与传统的AUV相比,ARV可以携带机械手,增…     

机器人遥控作业系统视景数据库的面向对象设计

为提高机器人遥控作业的能力 效率,介绍一种利用视景数据库技术辅助遥控作业和系统,视景数据库采用面向对象的方法,能够交互式地创建作业场景的几何模型,并与实际的图像相匹配,恢复损失的视觉信息,为操作人员构造一个虚拟作业环境,改善遥控作业系的性能。     

UUV侦察水雷作业模式效率评估仿真研究

侦察水雷是水雷战的一项重要内容,也是水下无人作战平台(UUV)的一项重要作业任务.经研究,提出了水下无人作战平台执行侦察水雷任务的二种作业模式,为对二种作业模式的效率进行评估,给出了作业区的水雷分布模型,在分析二种作业模式侦察水雷作业过程的基础上,利用贝叶斯定理和统计学方法,建立了水下无人作战平台使用二种作业模式侦察水雷作业效率的评估仿真模型,并结合简单想定进行了计算机仿真,得出了评估仿真结果.为水下无人作战平台选择作业模式提供了理论依据.     

本期摘要

用于水下传感器网络的无线光通信研究概况 摘要：随着水下观察和海洋观测系统的应用需求日益增长,水下无线通信和水下传感器网络技术迅速发展。这种技术将在研究气候变化、监控海洋、湖泊的生态环境的诸多方面发挥重要作用,并有助于海洋石油开采、无人水下航行器、潜艇、船舶、浮标以及救生员的水下作业。     

遥控水下机器人系统在水库大坝水下检查中的应用

通过遥控水下机器人系统在水库大坝面板趾板、水库进水口、宋代古陂等工程水下检查中的实际应用,总结遥控水下机器人在清水环境下渗漏点查找、浊水环境水下冲刷检查、流动水环境水下金属锈蚀检查、易缠绕环境条件下水下检查的应用技巧,归纳遥控水下机器人系统的特点、技术优势及适用范围,为解决遥控水下机器人系统应用中出现的线缆易缠绕及难以发现大坝渗漏点等问题积累经验。     

水下爆炸对船板冲击作用仿真

根据DAA1近似建立了一种简单实用的用于分析船板水下冲击响应模型。模型基于流-固作用原理，在不考虑结构低频响应的情况下，得到了可直接作用于结构湿面的总的压力载荷表达式。利用有限元代码LS—DYNA的用户定义的分布载荷子程序实现了这一方法。该方法适用于求解在早期冲击波作用下，结构的高频响应和局部变形。采用该方法对水下冲击波对船板和加筋船板(气背条件)的作用进行了仿真计算。计算机模拟结果表明采用该方法，在保证较高精度的前提下可以大大地降低CPU时间，提高仿真计算效率。     

基于Patran的船体建模方法

对船体结构进行CAE分析时,由于其复杂性,建模过程非常繁琐,效率极低且易出错.寻求一种快速的船舶有限元建模方法一直是船舶设计工作者努力的课题.介绍一种基于Patran的船体建模方法,使用参数化批处理操作,大大缩短建模时间,提高建模效率.     

基于CFD近似模型的船尾线型多目标综合优化

为提高船体的优化效率,以国际标准船型KCS为研究对象,以船舶总阻力和桨盘面伴流不均匀度为优化目标,建立近似模型,完成KCS船尾线型的优化,得到优化船型．通过优化结果可知：对于母型船,在满足工程约束条件下,通过船尾优化可以得到总阻力未增加、船尾流场品质有明显改善的船体线型．     

Development of panel generation system for seakeeping analysis

In this paper, a panel generation system for analyzing seakeeping performance of a ship is developed. Given a set of offset data representing the ship hull, the system first creates a surface model of the ship. From the surface model, the wetted part of the ship is obtained by computing the intersection between the water surface and the hull, which is then processed to generate quadrilateral panels for the hull and the water surface. The system is designed to handle various kinds of ships such as ships with a mono-skeg, a twin-skeg and/or a bulbous bow in either an automatic or an interactive manner. Moreover, it can generate input panels for three different seakeeping analysis methods. Examples are provided to demonstrate the capabilities of the system.     

基于Python的复合材料船体梁极限强度分析

为在复合材料船体结构数值仿真分析中进行快速建模和分析,采用Python脚本语言和Abaqus前处理模块,开发出针对复合材料船体梁极限强度计算的通用模块.该模块考虑复合材料的各向异性、失效准则及铺层方式等因素.实例表明：所开发的程序界面友好、可操作性强,能有效提高复合材料船体梁极限分析的效率.     

In‐water visual ship hull inspection using a hover‐capable underwater vehicle with stereo vision

Underwater visual inspection is an important task for checking the structural integrity and biofouling of the ship hull surface to improve the operational safety and efficiency of ships and floating vessels. This paper describes the development of an autonomous in‐water visual inspection system and its application to visual hull inspection of a full‐scale ship. The developed system includes a hardware vehicle platform and software algorithms for autonomous operation of the vehicle. The algorithms for vehicle autonomy consist of the guidance, navigation, and control algorithms for real‐time and onboard operation of the vehicle around the hull surface. The environmental perception of the developed system is mainly based on optical camera images, and various computer vision and optimization algorithms are used for vision‐based navigation and visual mapping. In particular, a stereo camera is installed on the underwater vehicle to estimate instantaneous surface normal vectors, which enables high‐precision navigation and robust visual mapping, not only on flat areas but also over moderately curved hull surface areas. The development process of the vehicle platform and the implemented algorithms are described. The results of the field experiment with a full‐scale ship in a real sea environment are presented to demonstrate the feasibility and practical performance of the developed system.     

Three-dimensional Visual Mapping of Underwater Ship Hull Surface Using Piecewise-planar SLAM

In-water visual ship hull inspection using unmanned underwater vehicles needs to be performed at very close range to the target surface because of the visibility limitations in underwater environments mainly due to light attenuation, scattering, and water turbidity. These environmental challenges result in ineffective photometric and geometric information in hull surface images and, therefore, the performance of conventional three-dimensional (3D) reconstruction techniques is often unsatisfactory. This paper addresses a visual mapping method for 3D reconstruction of underwater ship hull surface using a monocular camera as a primary mapping sensor. The main idea of the proposed approach is to model the moderately curved hull surface as a combination of piecewise-planar panels, and to generate a global map by aligning the local images in a two-dimensional reference frame and correcting them appropriately to reflect the information of perspective projections of the 3D panels. The estimated 3D panels associated with the local images are used to extract the loop-closure relative measurements in the framework of simultaneous localization and mapping (SLAM) for precise camera trajectory estimation and 3D reconstruction results. The validity and practical feasibility of the proposed method are demonstrated using a dataset obtained in a field experiment with a full-scale ship in a real sea environment.

     

船舶高能搁浅外部动力学的数值仿真研究

基于Simonsen的假设,提出了船舶高能搁浅外部动力学的简化计算公式,并对船舶高能搁浅外部动力学过程进行了数值仿真研究。研究表明,在船舶高能搁浅动力学过程中,有相当部分的初动能转化为旋转形式的动能,包括纵摇、横摇和艏摇;不同于某些船舶碰撞问题,摩擦的影响不能忽略不计;对于船艏高能搁浅的情况,损伤路径会向船体外侧偏离,船舶与礁石之间的接触由剧烈的冲击逐渐过度到侧向挤压和滑动摩擦;相比于简化解析法,数值仿真法可以得到详细的动力学时历结果以及船体结构损伤变形图。     

基于船型修改融合方法的参数化建模技术

为实现船体型线的优化,在船型NURBS表达的基础上,提出2种基于CAD/CFD船型优化流程的不同参数化建模方法.一种是直接以NURBS的控制顶点坐标为变量,实现船型的参数变换;另一种是以母型为基础开发船型参数化融合模块,实现船型的参数变换.利用iSIGHT软件,采用这2种参数化建模方法优化某集装箱船球鼻首部分.结果表明：船型修改融合方法是具有工程实用价值的参数化建模方法.     

船体曲面矩形块按参考线敷设法关键技术研究

以船体曲面敷设矩形块为背景,针对现行按肋骨线方向单向展开后进行矩形块敷设设计的不足,提出了矩形块按参考线敷设法及其流程。提出了曲面线偏移的概念和正交线离散点算法。矩形块敷设参考线沿船长方向延伸,按肋骨线方向布置偏移点,在MDT系统中进行二次开发,选取船体典型曲面进行了敷设设计。经验证,该方法满足工程使用要求。