复杂构型水下作业机器人水动力导数辨识研究

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作者 何丽思 刘鲲 陈超核 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第5期68-75,共8页

水下作业机器人一般结构复杂,其水动力模型往往具有高度非线性。为建立水下作业机器人的精确运动模型,首先基于黏流理论采用CFD软件STAR-CCM+对复杂构型水下作业机器人开展直航运动、斜航运动和平面运动机构运动模拟,得到水下作业机器... 水下作业机器人一般结构复杂,其水动力模型往往具有高度非线性。为建立水下作业机器人的精确运动模型,首先基于黏流理论采用CFD软件STAR-CCM+对复杂构型水下作业机器人开展直航运动、斜航运动和平面运动机构运动模拟,得到水下作业机器人简单运动下各自由度上的水动力和力矩;然后针对不同的水动力导数型式,采用最小二乘法进行水动力导数辨识;最后,基于CFD软件计算的水下作业机器人二维回转运动的水动力计算结果,探讨不同水动力导数型式下复杂构型水下作业机器人水动力模型的精确性。本文可对复杂构型水下作业机器人的水动力导数型式选择和计算提供参考,并为其操纵性预报奠定基础。 展开更多

关键词 复杂构型水下作业机器人 水动力系数 PMM运动 曲线拟合

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水下机器人收放系统执行机构构型综合研究

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作者 姜明阳 刘海龙 +2 位作者 郭川东 陈德鹏 张林 《机械传动》 北大核心 2024年第7期40-48,100,共10页

针对现有水下机器人收放系统存在结构形式单一、转运范围受限的问题,借助图论相关理论,进行收放系统执行机构构型综合研究,最终建立了14种收放系统执行机构构型图库。首先,基于胚图插点法进行平面九杆单铰机构类型综合,得到40种单色拓... 针对现有水下机器人收放系统存在结构形式单一、转运范围受限的问题,借助图论相关理论,进行收放系统执行机构构型综合研究,最终建立了14种收放系统执行机构构型图库。首先,基于胚图插点法进行平面九杆单铰机构类型综合,得到40种单色拓扑图谱;其次,基于40种单色拓扑图谱提出一种平面九杆仅含单个复铰机构类型综合方法,通过单色拓扑图谱转化及其特定标记并按一定规则生成复铰机构特征数组,进而基于特征数组实现机构同构判断及其消极子链识别,得到83种双色拓扑图谱;然后,基于平面九杆单、双色拓扑图谱,结合收放系统工作特点,提出6条收放系统执行机构构型筛选条件,筛选得到71种可行构型;最后,基于71种可行构型,综合考虑机构控制、造价、美观问题,提出3条构型优选准则,最终得到14种最佳构型,并选取1种最佳构型进行了运动仿真分析。结果表明,新型收放系统执行机构满足工况要求,末端集成吊具能够实现远近位移及精确定位,机构构型设计的合理性得到验证。 展开更多

关键词 图论 复铰 构型综合 收放系统 水下机器人

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腹部作业型水下机器人控制系统研制 被引量：18

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作者 张玮康 王冠学 +2 位作者 徐国华 刘畅 申雄 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2017年第2期124-132,共9页

[目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成... [目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。[结果]单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。[结论]该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。 展开更多

关键词 腹部作业型水下遥控机器人 控制系统 PC104 H∞鲁棒控制

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作业型水下机器人纵、横倾姿态自适应区域控制方法 被引量：11

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作者 杨超 张铭钧 +2 位作者 吴珍臻 张志强 姚峰 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期224-233,共10页

本文主要研究作业型自主式水下机器人(AUV)的纵、横倾姿态自适应区域控制问题.在实际作业中,机械手作业干扰和环境不确定性等因素将影响作业过程的艇体姿态控制,进而影响运动、作业的精度.针对此姿态稳定性控制问题,提出一种基于RBF(径... 本文主要研究作业型自主式水下机器人(AUV)的纵、横倾姿态自适应区域控制问题.在实际作业中,机械手作业干扰和环境不确定性等因素将影响作业过程的艇体姿态控制,进而影响运动、作业的精度.针对此姿态稳定性控制问题,提出一种基于RBF(径向基函数)神经网络的水下机器人姿态自适应区域控制方法.针对系统模型的不确定因素,采用RBF神经网络对其进行在线估计,引入滑模控制项对估计误差进行在线补偿;针对RBF神经网络控制参数的取值问题,设计网络权值、径向基中心与方差的在线调整律,对控制参数进行自适应学习,以适应机器人艇体的不同姿态变化;针对艇体姿态的快速稳定收敛需求,在区域控制器中加入PI(比例-积分)环节,缩短姿态调节时间、降低稳态误差.基于李亚普诺夫稳定性分析,从理论上证明区域控制误差一致渐近稳定.最后,通过作业型水下机器人样机的纵、横倾姿态控制实验,验证了本文方法的有效性. 展开更多

关键词 作业型水下机器人 纵倾姿态 横倾姿态 自适应区域控制 RBF神经网络 滑模控制

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高压导线断股修补机器人构型设计及作业仿真 被引量：1

5

作者 蔡相男 吴功平 《机械设计与制造》 北大核心 2023年第12期254-257,共4页

针对架空高压输电线路导线产生断股或散股等故障,从而产生线路安全运行问题,以500kV四分裂线路为例,着重进行了断股修补作业装置的构型研究,提出一种利用预绞丝护线条修补导线的断股修补机器人机构构型方案。依据预绞丝护线条修补工艺... 针对架空高压输电线路导线产生断股或散股等故障,从而产生线路安全运行问题,以500kV四分裂线路为例,着重进行了断股修补作业装置的构型研究,提出一种利用预绞丝护线条修补导线的断股修补机器人机构构型方案。依据预绞丝护线条修补工艺制定机器人作业规划,主要包括断股预处理与护线条安装作业。针对护线条安装作业,建立由作业装置、弹性护线条和柔性导线构成的仿真模型,通过作业仿真分析,得到系统的作业动态性能,验证断股修补作业的可行性。 展开更多

关键词 高压输电线路 断股修补机器人 构型设计 作业规划 预绞丝护线条 作业仿真

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我国首台600米无人缆控作业型“水下机器人”诞生 被引量：1

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作者 程红 《武汉船舶技术信息》 1994年第5期6-6,共1页

关键词 中国 600米无人缆控作业型 “水下机器人” 8A4两型机械手 潜水系统 水下尖端技术

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水下机器人-机械手系统研究进展:结构、建模与控制 被引量：23

7

作者 常宗瑜 张扬 +2 位作者 郑方圆 郑中强 王吉亮 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第19期53-69,共17页

水下机器人-机械手系统(Underwater vehicle-manipulator systems, UVMS)可以完成除观测之外的水下采样、抓取、操作等任务,在海洋科学考察、海洋工程等领域得到广泛应用。通过对近年来国内外UVMS的研究现状进行综述,介绍了不同的UVMS... 水下机器人-机械手系统(Underwater vehicle-manipulator systems, UVMS)可以完成除观测之外的水下采样、抓取、操作等任务,在海洋科学考察、海洋工程等领域得到广泛应用。通过对近年来国内外UVMS的研究现状进行综述,介绍了不同的UVMS本体结构与机械手构型,总结了UVMS的运动学、动力学和水动力学的建模方法,分析了人机交互式遥控操作控制方式,针对UVMS的自主控制中的运动规划、位置与轨迹跟踪、独立与协调控制、运动补偿控制、力/位置混合控制、视觉伺服控制等问题做了分类阐述。最后总结并对UVMS未来发展方向进行了展望,以期为相关研究人员提供参考。 展开更多

关键词 水下机器人-机械手系统 构型 水动力学 人机交互 自主控制

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面向多任务的10kV配网线路检修机器人构型设计及应用 被引量：11

8

作者 邹德华 刘兰兰 +3 位作者 童翔威 彭沙沙 罗日成 江维 《武汉轻工大学学报》 2020年第5期90-95,119,共7页

电力机器人是提高10kV配网线路检修作业效率的重要装备。目前,配网带电作业方法主要包括斗臂车绝缘手套法和绝缘操作杆间接作业法,其均存在受地形和设备结构制约、安全风险高等问题,难以满足县域配网带电作业的需求。笔者面向线路断接... 电力机器人是提高10kV配网线路检修作业效率的重要装备。目前,配网带电作业方法主要包括斗臂车绝缘手套法和绝缘操作杆间接作业法,其均存在受地形和设备结构制约、安全风险高等问题,难以满足县域配网带电作业的需求。笔者面向线路断接引线作业、柔性电缆搭建旁路作业等任务,研究开发设计了专门实用于10kV配网线路检修机器人的线夹搭火装置、剥皮器、剪线器、快速更换末端的基本构型,提出了机器人的作业运动规划,建立了机器人的三维实体模型,研制开发了可远端操作的巡检作业机器人物理样机。最后,在现场实际带电线路上进行机器人物理样机的人机协同作业试验,结果表明,所开发的机器人物理样机能够更加高效安全地完成相应作业功能。 展开更多

关键词 带电作业 10KV配网线路 机器人 机构构型 多任务

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水下作业型ROV定深控制系统的设计 被引量：8

9

作者 魏延辉 张皓渊 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2016年第8期898-903,共6页

根据水下作业型机器人(remotely operated vehicle,ROV)作业任务需要,研制了自动定深控制系统及其控制方法。设计的ROV定深控制系统主要由深度传感器及检测系统、推进器控制分配器、姿态检测系统和中心处理器组成。建立了水下作业型ROV... 根据水下作业型机器人(remotely operated vehicle,ROV)作业任务需要,研制了自动定深控制系统及其控制方法。设计的ROV定深控制系统主要由深度传感器及检测系统、推进器控制分配器、姿态检测系统和中心处理器组成。建立了水下作业型ROV的运动学数学模型,并进行了单自由度解耦。根据ROV控制系统特点设计了模糊比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制方法。通过仿真实验和实际试验验证,所研制的控制系统性能可靠,可实现ROV的深度自动控制。 展开更多

关键词 水下作业型机器人 控制系统 定深控制 模糊比例积分微分

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输电线除冰机器人机械结构设计与运动特性分析 被引量：3

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作者 邝江华 邹德华 +2 位作者 刘兰兰 张安 江维 《武汉纺织大学学报》 2021年第5期33-39,共7页

针对四分裂输电线路除冰作业任务,提出了一种能够适应多分裂输电线路行走和作业的四轮移动机器人机构构型及其末端工具,通过拉格朗日法推导并建立机械臂的动力学模型,基于该动力学模型在ADAMS中对机器人的动力学特性进行仿真研究,结果表... 针对四分裂输电线路除冰作业任务,提出了一种能够适应多分裂输电线路行走和作业的四轮移动机器人机构构型及其末端工具,通过拉格朗日法推导并建立机械臂的动力学模型,基于该动力学模型在ADAMS中对机器人的动力学特性进行仿真研究,结果表明,本文所提出的机器人机构能够完成四分裂除冰作业,同时机器人各关节的运动满足作业过程中驱动力矩的要求,避免了机器人关节力矩驱动力不足和驱动力过大等造成的机器人系统作业故障和作业失败的发生,最后,通过实验验证了本文所提出机械构型和动力学模型的工程实用性。通过本文的研究,对于输电线路移动机器人机械结构参数优化和电气控制参数优化具有双重重要的理论意义和实际应用价值。 展开更多

关键词 多分裂线路 移动机器人 机械构型 动力学特性 除冰作业

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基于非奇异终端滑模的液压型ROV运动控制研究

11

作者 李亚昆 韩旭 +2 位作者 咸婉婷 白涛 韩云涛 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第S1期26-31,共6页

根据作业型水下机器人(ROV),研究了ROV推进器控制系统的设计方案及其运动控制方法。设计的控制系统主要由液压推进系统和伺服阀控制电路两部分组成。建立了ROV的水平面三自由度运动系统的运动学和动力学模型,并对模型进行简化。针对ROV... 根据作业型水下机器人(ROV),研究了ROV推进器控制系统的设计方案及其运动控制方法。设计的控制系统主要由液压推进系统和伺服阀控制电路两部分组成。建立了ROV的水平面三自由度运动系统的运动学和动力学模型,并对模型进行简化。针对ROV水平面运动位置定位误差不能在有限时间收敛为零的问题,设计合适的非奇异终端滑模面函数以及控制器,并加入自适应控制率对参数进行实时调整,通过李亚普诺夫函数分析控制系统的稳定性。同时,引入饱和函数有效的削弱了抖振的现象。最后将设计控制模型进行仿真,仿真结果证明了所提出的控制方法能够克服系统外部干扰,具有良好的鲁棒性和稳定性。 展开更多

关键词 电液控制 作业型水下机器人 非奇异终端滑模 运动控制系统

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狭小空间内输电线金具销钉补装机械系统设计

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作者 彭沙沙 龚政雄 +1 位作者 蒋智鹏 邹德华 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第12期338-342,共5页

高压输电线路是电能传输的重要通道,高压输电线路上有悬垂线夹、防震锤、引流板等主要线路金具,这些金具主要通过螺栓与金具销进行联接,可以说金具销联接的可靠性直接关系到输电线路的正常稳定运行,而恶劣的自然环境势必会造成输电线路... 高压输电线路是电能传输的重要通道,高压输电线路上有悬垂线夹、防震锤、引流板等主要线路金具,这些金具主要通过螺栓与金具销进行联接,可以说金具销联接的可靠性直接关系到输电线路的正常稳定运行,而恶劣的自然环境势必会造成输电线路金具销的锈蚀、松动甚至缺失,这些都严重威胁输电线路的安全稳定运行,因此,对输电线路常见金具销的补插和检修作业显得尤为重要。针对上述问题,这里提出了一种以大荷载无人机搭载机器人上线并通过机器人机械臂携带金具销拔插末端工具完成线路典型金具销钉的补插作业任务,设计了无人机-机器人的复合控制系统,通过对机器人机械臂系统的运动学理论建模分析与运动规划、作业空间仿真分析,验证了在输电线路狭小作业空间内所设计末端工具实现金具销拔插的可行性和有效性,相比于人工作业,该系统大大提高了作业效率和作业可靠性,本文的研究对于输电线路智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。 展开更多

关键词 狭小空间 机器人 销钉补装 机械构型 协同检修作业

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考虑螺旋桨负载的液压推进器动力学响应分析 被引量：5

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作者 李新飞 姜述强 +1 位作者 崔洪斌 王宏伟 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期23-28,共6页

为了研究作业型遥控水下机器人(ROV)的运动控制和液压推进器系统的动力学响应特性,提出了一种考虑螺旋桨动态负载特性的液压马达的流量、压力、扭矩、转速和螺旋桨的转矩、推力的迭代求解方法,建立了一种伺服阀控制液压推进器动力学系... 为了研究作业型遥控水下机器人(ROV)的运动控制和液压推进器系统的动力学响应特性,提出了一种考虑螺旋桨动态负载特性的液压马达的流量、压力、扭矩、转速和螺旋桨的转矩、推力的迭代求解方法,建立了一种伺服阀控制液压推进器动力学系统的仿真模型.通过数值仿真,分析了不同水流进速时液压马达及螺旋桨的动态响应过程及特点,比较了不同控制电压下螺旋桨的推力输出响应,得到了液压推进器的控制电压和实际推力之间的关系曲线.这种推进器的建模和仿真方法对水下机器人和过驱动船舶的运动控制和推力分配策略的研究具有较高的指导意义和工程价值. 展开更多

关键词 作业型遥控水下机器人 运动控制 推力分配 液压推进器 伺服阀 螺旋桨负载 动力学特性

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基于NDO的ROV滤波反步轨迹跟踪控制 被引量：5

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作者 魏延辉 贾献强 +1 位作者 高延滨 王毅 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期112-119,共8页

针对作业型遥控水下机器人(ROV)在轨迹跟踪过程中存在模型非线性、强耦合、模型参数不确定和外界干扰不确定等问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的滤波自适应反步控制策略。使用NDO观测模型的不确定性和外界干扰,通过指令滤波器... 针对作业型遥控水下机器人(ROV)在轨迹跟踪过程中存在模型非线性、强耦合、模型参数不确定和外界干扰不确定等问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的滤波自适应反步控制策略。使用NDO观测模型的不确定性和外界干扰,通过指令滤波器避免了直接对虚拟控制量解析求导的过程,利用自适应律补偿观测器观测残量。通过Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差系统的渐进稳定。仿真实验表明,设计的控制器能够实现精确的轨迹跟踪,具有较好的鲁棒特性。 展开更多

关键词 作业型遥控水下机器人 轨迹跟踪 非线性干扰观测器 指令滤波器 自适应反步控制

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我国第一台自走式海缆埋设机研制成功

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作者 科时 《军民两用技术与产品》 2003年第7期29-29,共1页

关键词 自走式海缆埋设机 中国 CISTAR 作业型爬行式水下机器人

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