自由曲面上喷涂机器人喷枪轨迹规划方法研究

提出了一种自由曲面上的涂层生长模型及喷涂机器人喷枪轨迹规划方法，选取时问和涂层厚度作为优化目标，寻找喷枪沿指定路径的最优时间序列，通过求解带约束条件的多目标优化问题，找到了一条能使工件表面上涂层厚度方差最小且喷涂时间最短的喷枪轨迹。本文的优化方法将最优变量个数从一般喷枪轨迹规划问题中的6个（代表喷枪的位姿）减少为1个，从而大大简化了问题的复杂性。     

漆膜厚度与喷涂工艺参数的相关性

随着计算机控制技术的高速发展,运用喷漆机器人离线编程的方式规划喷枪运动轨迹进行喷漆作业已成为现实,而喷涂工艺参数的选择与漆膜厚度密切相关,喷漆成膜过程受喷枪本身参数及周围环境的影响较大。在六轴喷漆机器人与高压无气喷涂一体机系统集成的基础上,开展漆膜厚度与喷涂工艺的相关性研究,消除由经验和技术手法所带来的随机误差,实现既定漆膜厚度和漆膜涂层的稳定性,提高自动化喷涂工艺及劳动生产率。     

面向凹凸结构曲面的喷漆机器人轨迹优化研究

针对表面有凹凸结构的复杂曲面,采用匀速喷涂方法,曲面上曲率的变化造成涂层厚度差较大.根据实验数据推导出平面上的漆膜累积速率二次函数后,采用微分几何的面积放大定理推导出自由曲面上的漆膜累积速率二次函数.为提高曲面上涂层厚度的一致性,采用轨迹优化方法对表面有凹凸结构的复杂曲面的涂层厚度差进行补偿.最后通过计算机仿真验证了数学模型和优化算法的有效性和可行性.     

基于FLUENT的冷喷涂Laval喷嘴优化设计

优质的冷喷涂涂层是船舶防腐领域的新方法,而Laval喷嘴则是制作冷喷涂涂层的核心部件。利用CFD软件优化计算,针对不同尺寸的喷嘴进行模拟计算并优化。当喉部直径一定,喷枪的喷枪缩放比约为4时,喷嘴内外部气流速度平稳,无明显的激波产生,而较大的出口直径会产生明显的激波。     

人工智能技术在船舶轨迹规划中的应用

轨迹规划可以提高船舶航行的效率,并且保证船舶航行的安全。当前船舶轨迹规划方法存在生成轨迹效率低、船舶轨迹规划并非全局最优的缺陷,为了提高船舶轨迹规划的精度,设计基于人工智能技术的船舶轨迹规划方法。首先对当前船舶轨迹规划研究现状进行分析,指出各种船舶轨迹规划方法的不足,然后建立船舶轨迹规划的性能评价指标,引入计算机人工智能技术中的蚁群优化算法进行求解,根据求解结果得到最优船舶轨迹规划路径,最后进行船舶轨迹规划的验证性测试。结果表明,蚁群优化算法可以快速、准确找到最优船舶轨迹规划路径,克服了当前方法易找到局部最优的船舶轨迹规划路径难题,具有一定的实际推广价值。     

应急维修技术(续四)--高速电弧喷涂技术

1高速电弧喷涂技术的基本原理 电弧喷涂是以两根丝状金属喷涂材料在喷枪端部短路产生的电弧为热源,将熔化的金属丝用压缩空气气流雾化呈微熔滴,高速喷射到工件表面形成喷涂层的一种工艺.     

改进的多目标优化算法及其在船舶设计中的应用

对多目标优化问题的固定加权和方法加以改进,采用随机权系数方法将多目标优化问题转换成为单目标优化问题,利用序列二次规划方法获得问题的最优解。由于权系数的随机性,多次运行能够得到多目标优化问题的Pareto优化解和Pareto前沿。和固定权系数相比,这种方法能够找到非凸均衡面上所有的Pareto最优解。采用TOPSIS法进行多属性决策(MADM)研究,对Pareto最优解给出排序。针对船舶概念设计阶段主尺度确定过程的多目标优化问题,给出了一艘散装货船两个优化目标的数值算例。计算结果表明,随机加权和方法可以求出多目标Pareto最优解集,和先验加权方法相比,随机加权方法能为设计者提供更多的选择;和遗传算法相比,现在的方法简便且精度良好。     

先进的热力喷涂陶瓷设备

美国麦梯柯(Metco)公司推荐出一种广泛用于陶瓷或其他热力涂层材料的喷涂设备,这是所有开发出来的产品中完全自动的热力喷涂系统。具有先进的等离子喷枪,等离子喷射系统是完全自动操作的,有新型的电弧枪和先进的热力喷涂粉末。     

基于智能优化算法的舰船航行轨迹跟踪

针对当前舰船航行轨迹跟踪精度的难题,设计了基于智能优化算法的舰船航行轨迹跟踪方法。首先结合舰船航行轨迹跟踪的特点,将舰船航行轨迹跟踪问题转换为一个多目标优化问题,然后引入智能优化算法对网格点的多目标优化问题进行求解,找到最优的舰船航行轨迹跟踪方案,最后进行舰船航行轨迹跟踪仿真测试,测试结果表明,智能优化算法获得了比传统算法更优的舰船航行轨迹跟踪精度,而且舰船航行轨迹跟踪的速度高,具有较好应用价值。     

一种自动化轨道式龙门起重机作业任务调度多目标优化方法

目前常规的轨道式龙门起重机作业任务调度多目标优化方法主要通过对机械设备的运行路径进行规划模拟,从而生成最优调度方案。针对该方法缺乏对集装箱作业顺序的有效约束、优化效果不佳等问题,提出一种自动化集装箱轨道式龙门起重机作业任务调度多目标优化方法。首先将调度优化问题进行分解,并对不同子问题下的决策变量进行提取;然后以轨道吊作业总延误时间最小作为优化目标,构建多目标优化函数;最后结合双层遗传算法,对目标函数进行求解,从而生成最优调度方案。实验结果表明,新方法具有较为理想的优化效果。     

船舶涂装爬壁机器人系统研究及集成应用

提出一种大型船舶开放性工作面涂装爬壁机器人系统理论设计与应用方法,研究系统本体运行机理并获得满足工作特性的两项必要条件,即轮辐磁吸力及双轮驱动力矩的极小值条件。建立涂装机器人系统的功能组成及控制机理,并结合开放性工作面开展无线定位及自主规划方法研究,形成能够适应喷涂作业的机器人在线路径规划算法。并结合实际开展涂装系统集成应用测试,检测并采集系统运行过程中动力学参数,系统空间坐标轨迹路线等,实现了涂装工作路径的实时在线规划。通过试验验证了文中的系统力学特性分析及定位方法的有效性。     

基于罚函数的滑行艇阻力性能优化方法研究

滑行艇的阻力性能优化是设计滑行艇艇体的重要内容之一,如何减小艇体阻力是设计师优先考虑的目标。文章从传统的SIT阻力估算方法着手,分析滑行艇受到的力和力矩,并引入Savitsky对艇体阻力的修正,即考虑因喷溅而产生的摩擦阻力。由于滑行艇的重心纵向位置对阻力性能有很大影响,故通过构造罚函数法,把有约束问题化为无约束问题,利用MATLAB优化工具箱中的fm incon函数计算出最佳的重心纵向位置。最后,通过某滑行艇模型的水池拖曳试验验证了该优化方法的可行性,具有一定的工程参考价值。     

基于精确罚函数的无人艇航迹规划和自动避障算法

[目的]对于已知多个障碍物的局部水域,如何规划安全高效的无人艇(USV)运动航迹,是当前的研究热点。[方法]首先,采用简洁有效的圆形包络面和凸四边形包络面处理障碍物区域,并将避障问题转化为时间最优控制问题中的状态不等式约束;然后,利用控制参数化和时间尺度变换,将时间最优控制问题转化为最优参数选择问题;最后,对于由多个障碍物带来的多个连续状态不等式约束,采用精确罚函数法将所有的状态约束都附加到目标函数中,从而构建适用于任何有效优化技术予以求解的非线性优化问题。[结果]数值仿真结果表明,该算法所规划的航迹能成功规避水域中的所有障碍物,同时符合无人艇的运动特性。[结论]研究成果可为无人艇航迹规划的避障问题提供参考。     

中小组立机器人焊接路径规划技术

针对船舶中小组立机器人焊接路径规划问题，提出一种基于点位分类结合快速搜索随机树的焊接路径规划方法。该方法根据工程实践将路径上的关键点位进行分类，使用随机树扩展点位之间的节点，并根据点位类型确定轨迹点需要满足的约束条件，以此构建完整的焊接路径。为验证该方法的有效性，使用Python编写的仿真程序分别模拟无障碍及有障碍环境中的路径规划效果，证明无论有无障碍均可生成焊接路径并且生成的路径可顺利避开障碍物。仿真结果表明，该方法可用于机器人焊接路径规划。     

基于最优控制的双喷推无人艇路径跟踪方法

针对双喷推无人艇自主航行时的路径跟踪问题,采用最优控制的方法进行求解。根据双喷推无人艇的动力学特性建立双喷推无人艇三自由度运动方程,并由任务需求设定目标函数;在此基础上,根据航行实况建立约束条件,从而得到求解双喷推无人艇路径跟踪问题的数学模型。通过建立含有拉格朗日松弛项的哈密顿函数,将带有复杂约束的优化问题转化为无约束优化问题,采用粒子群优化算法求解最优拉格朗日乘子,并将其代入哈密顿函数;采用广义梯度下降法对数学模型进行求解,得到最优的喷泵电机转速,从而实现对双喷推无人艇的路径跟踪控制。设计实船试验验证方法的有效性,双喷推无人艇路径跟踪试验结果表明,双喷推无人艇实测的轨迹与设定轨迹的最大偏差不超过3m,该方法具有可行性和实用性。     

一种混合优化的全局路径规划算法

针对全局路径规划研究中遗传算法存在搜索范围广而导致收敛速度慢的问题,本文提出一种混合优化的全局路径规划方法,完成对图像读取、处理后使用A*算法预处理缩小可行区域从而提高收敛速度。所提出的混合优化规划方法主要优化遗传算法的初始种群,在不影响最终路线的情况下,缩小初始种群的搜索范围,提高算法进行全局路径规划的速度,快速有效的规划出全局路线。另外本文给出一种评价体系对规划结果进行定量的避障评价,评价结果能够以数值形式对规划结果进行综合评价,评价结果显示通过混合优化算法规划出的路径具有更佳的安全性。     

多约束条件下无人艇和无人机集群协同航迹规划

[目的]为实现海上无人集群在执行任务过程中的安全航行和通信保持,开展无人艇(USV)和无人机(UAV)集群协同航迹规划问题的研究。[方法]采用禁入和禁出地理围栏进行场景建模,将规避威胁和障碍问题转化为地理围栏约束。针对平台之间的碰撞冲突和通信连接问题,提出基于时序检测的碰撞冲突和通信保持约束判断准则。以集群平均航行时间为航迹优化函数,将多约束条件转化为惩罚函数,采用自适应差分进化算法进行优化求解。[结果]仿真结果表明,所提方法能够在威胁和障碍环境中保持无人艇和无人机集群的安全航行和通信连接,并在满足多约束的条件下实现集群平均航行时间最短。[结论]该方法可用于海上无人集群面对威胁和障碍环境时的离线航迹规划,具有一定的应用价值。     

大范围环境下自主式水下潜器两种全局路径规划方法的研究

应用遗传算法(GA)和A·算法对自主式水下潜器(简称AUV)在大范围海洋环境中的全局路径规划问题进行了研究.介绍了基于栅格的环境模型及其数据结构,讨论了GA的染色体编码方式、基于知识的初始种群生成方法与适应度函数,基于领域知识设计了五种遗传算子,给出了A·算法的具体实现方法.通过仿真结果可以看出:GA采用可变长编码方式使路径描述简单、清晰,具有收敛速度快、求解实际问题效率高的特点;A*算法可在较短时间内求得相对栅格优化的路径.两种算法均可满足系统实时性要求.     

船舶分段制造装备智能化需求分析

针对国内造船企业船舶分段制造装备自动化、智能化应用水平较低的现状，以作业工序的零件打磨、理料、小组立焊接、中组立焊接及喷涂等方面为切入点，分别从路径规划、信息感知、协同作业、智能决策等方面提出船舶分段制造装备的智能化需求，为船舶分段智能制造装备的研制提供必要的目标图像。     

粒子群算法在巡航导弹航路规划中的应用

基于最小威胁曲面的概念,将三维航路投影到二维平面上,从而使巡航导弹的航路规划过程从三维空间映射到为二维平面内进行,分别建立了航路的威胁模型和代价模型,应用粒子群算法在进行航路寻优,介绍了航路寻优的流程并进行了仿真验证。仿真结果表明,粒子群算法能够有效地解决巡航导弹的航路全局寻优问题。