脉动流场中介入机器人抗冲击性能研究与结构优化

基于腹足动物运动原理,提出一种能在脉动流场中稳定可靠运行的介入机器人。考虑到流场及在其中运动的介入机器人会发生相互影响,笔者在数值分析流场对机器人冲击力的基础上,对机器人外形结构进行优化,并对流体冲击下稳定运行时所需的机器人与管腔间的切向阻力进行定量分析。为分析通过磁流变液固化后机体与管壁间由于啮合产生的最大切向阻力是否足够抵抗流体的冲击,建立生物管腔内壁表面特性模型,实验研究机器人与管壁间间切向运动阻力影响因素。     

水下捕捞机器人耐压舱仿生造型设计

为降低捕捞作业的运行成本,对水下捕捞机器人的耐压舱进行仿生减阻设计。以粒突箱鲀为仿生对象,基于灰度转换和边缘检测技术提取其外形特征廓线,以捕捞机器人特征高度为设计变量建立仿生耐压舱三维模型,并将回转体耐压舱模型作为对比对象,通过Fluent软件对两种耐压舱进行流体仿真分析,分别比较其阻力系数、阻力和升力系数。结果表明：与传统回转体耐压舱相比,仿生耐压舱具有更小的阻力系数,可有效减小其在水中行进的阻力;仿生耐压舱的流线型结构有效降低了流场扰动,提高了捕捞机器人在水下运行时的平稳性。研究结果可为水下捕捞机器人耐压舱的造型仿生及减阻设计提供理论依据。     

气控滑翔式水下机器人外形设计与仿真分析

基于FLUENT流体仿真分析软件,重点对气控滑翔式水下机器人外形进行优化设计与仿真分析,以更加高效地辅助水下机器人在流场中的设计研究。首先简单介绍气控滑翔式水下机器人的气控原理,然后在其内部结构大体确定的基础上,对主载体外形和滑翔翼型进行设计与仿真分析,从中选取相对优化的方案。FLUENT软件的仿真对水下机器人优化外形、更好的进行水下实验,以及缩短设计周期等都能提供重要的理论依据。     

四旋翼两栖机器人姿态求解与控制

介绍了一种基于四旋翼驱动的两栖移动机器人。首先简要介绍了该机器人的机械结构与控制及传感系统,并介绍了机器人由四旋翼机构提供动力,并通过对4个旋翼的转动速度和方向进行配置,从而实现在空中飞行或在地面滚动的原理。然后,采用四元数方法对该两栖机器人进行了姿态求解,在此基础上,基于PID算法开发了机器人的飞行控制算法,并进行了相应的仿真。最后通过实验验证了该两栖机器人能够实现预期的两种运动模式,即空中飞行和地面滚动。该机器人提高了传统只具有单一运动模式的移动机器人的环境适应能力。     

管道检测机器人动力学及流场分析研究

管道检测机器人在管内运动产生的流场及受力情况是研究在线管道机器人的基础。该文运用牛顿力学与CFD软件结合的方法进行流场数值计算，分析不同介质对机器人运动产生的不同影响，在理论与仿真实验的基础上进行了详细的分析与研究，结果表明前后端面产生的压差驱动力对管道机器人运动的主导作用。     

四旋翼机器人运动控制与自适应PID控制算法设计

针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,利用了四旋翼的正交的结构特征进行系统设计。再次,根据旋翼机器人的运动特点进行了本体运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转等运动状态。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计了一款位姿控制器,推导出一个非线性动力学仿真模型,用一个PID测试控制器进行仿真,并在真实飞行中成功地测试机器人,达到了一个理想的效果。     

基于可旋转推进器的水下机器人运动控制研究

通过对水下机器人在运动过程中的受力以及力矩分析,水下机器人采用可旋转推进器,所以要实现六自由度的运动只需要4个推进器,采用推进器布局。建立了基于可旋转推进器的水下机器人六自由度运动方程,并有针对性的对六自由度运动方程进行了简化。水下机器人运动控制的分析离不开动力学模型,所以对其进行受力和力矩分析是必要的。在简化的运动方程的基础上设计了运动控制系统,并使用Matlab对其进行仿真验证。     

旋翼间距对微型四旋翼无人机负载特性影响

结合雷诺平均N-S(Navier-stokes)方程以及Laminar层流模型建立了微型四旋翼无人机旋翼流场的三维模型,通过求解N-S方程的方法,研究了微型四旋翼悬停状态下不同旋翼间距对其气动特性的影响。旋翼升力测量实验以及非定常计算得到的仿真误差为8.17%,验证了仿真数据的有效性。分别对升力、力矩以及悬停效率进行分析,得到了旋翼间距3.8 r是最佳的微型四旋翼间距方案的结论;进一步对单旋翼以及不同旋翼间距的流场进行分析得出旋翼之间的气动扰动可以改变翼尖涡的强度,从而产生不同的气动特性。     

一种微小型水下机器人本体结构的设计

介绍了一种在浅水区域进行探测识别、搜索打捞作业的微小型水下机器人,其总体方案及总体布置突出了该水下机器入其有阻力小、灵活机动的特点.头部组件及推进器采用了模块化设计,结构简单、方便维修、安全性高.对耐压壳体强度及稳定性进行了计算校核.用两个主推动器和两个辅推动器实现水下机器人的前后、浮潜和左右转弯运动,并对水下机器人的密封及腐蚀进行了简述.对水下机器人本体结构设计极具实用价值.     

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。     

四旋翼机器人运动控制与动力学研究与设计

针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究,首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,根据其旋翼采用正交安装的结构特征进行了运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转运动等。再次,建立了四旋翼机器人的非线性动力学数学模型,实现了无人机实时力矩补偿控制。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计位姿控制器,提出了一种基于动态数学模型的位姿控制方法。经过实验,将运动控制和动力学算法应用到四旋翼机器人,进行了空载位姿跟踪和悬停等实验,同时采集了姿态转角。通过实验证明了无人机运动控制算法、动力学算法和模糊自适应控制器的稳定性、准确性和鲁棒性。     

大型管道水下检测机器人的运动学分析

机器人在大型管道内行走时,会受到多重阻力的共同作用,从而影响机器人的行进速度和工作效率,因此对机器人的运动学分析具有十分重要的工程意义。针对管道检测问题,采用CFD方法和FLUENT软件,建立大型管道检测机器人流场模型,并对其进行了数值模拟,分析了水流速对机器人所受流体阻力大小的影响。同时,本文也对机器人的水平行走阻力和爬坡行走阻力进行分析,保障了机器人运动的可行性,为该类型机器人的创新设计提供了理论依据和参考。     

超小型水下机器人本体的研究

介绍了一种超小型水下机器人,其整体结构及工作原理突出了该水下机器人的特点.利用三个螺旋桨实现了上升、下潜、前进、后退和左右转弯运动.从耐压主体舱的形状、材料和性能参数方面对耐压仓结构进行了设计计算,接下来又对驱动方式的选择、水下运动阻力计算等方面进行了探讨.     

一种水下机器人系统设计

水下机器人在水域勘测和军事侦查等领域正在发挥越来越重要的角色。针对现阶段水下机器人价格昂贵,设计复杂的特点,设计了一种结构简单的水下机器人,主要由四个无刷电机推进器和密封舱组成。围绕水下机器人系统结构,阐述了机器人的硬件结构与密封方式、卡尔曼滤波在GPS与捷联惯性导航组合导航的应用、控制简化与分解方法与上位机系统的编写和实现。最后,使用该机器人系统在水池中进行运动控制实验。实验结果表明:水下机器人在航行过程中密封可靠,运动平稳,能够满足水下机器人的运动控制要求。     

六旋翼机器人运动控制与跟踪控制研究

为了在执行任务期间精确记录数据和稳定的飞行,多旋翼机器人机构需要能够执行长期任务和携带较重的载荷。针对这一问题,对六旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先,高性能六旋翼无人机的运行需要飞行控制系统,介绍了六旋翼控制系统和本体的设计方法。其次,构建了四旋翼和六旋翼无人机的数学模型,对比了六旋翼与四旋翼控制系统的优缺点。六旋翼飞行器的飞行控制由推力和力矩完成,在俯仰,偏航和横滚分别对螺旋桨的速度进行运动控制。再次,采用模糊自适应PID控制算法设计了一款跟踪控制系统,用一个PID测试控制器进行仿真。并在真实飞行中成功地测试六旋翼机器人,达到了一个理想的效果。而不是使用分析差异,避免跟踪控制器设计过程中的"差异扩展"。最后,仿真结果证明了所提技术的有效性和有效性。     

螺旋式单链介入微机器人的研究

在对基于螺旋密封原理的双链介入机器人驱动原理进行分析研究的基础上,提出了单链介入机器人设计方案,构建了螺旋式单链介入机器人性能分析数学模型。分别制作了直径为5mm的螺旋式双链介入机器人及单链介入机器人的实验样机,并对机器人在离体肠道中的平均运行速度进行了比较,研究结果表明,螺旋式单链介入机器人能获得与双链结构机器人类似的运动性能。单链介入机器人在脉动流场中的运行实验表明,单链介入机器人能在流体冲击下进行顺流运动和逆流运动。     

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。     

自主水下航行器折叠天线设计

通过对水下机器人的主体外形以及传统水下机器人的外附体进行建模,运用CFD流体软件对其进行仿真分析,发现自主水下航行器外附体中,天线产生阻力最大。天线是自主水下航行器必不可少的通信模块。针对天线带来的大阻力问题,设计出两种折叠天线机构。运用ADAMS软件对比了两种折叠天线机构运动性能参数;运用SolidWorks的应力仿真模块分析了折叠天线各个部分的耐压强度。结果表明折叠天线的应用能为自主水下航行器性能产生积极影响,为自主水下航行器的设计提供参考。     

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。