五自由度船舶靠泊装置机构设计及运动分析

为提高船舶靠泊安全系数，减少大型船舶靠泊事故的发生，设计一种以两转动一平移3-RPU并联机构为主体结构的5自由度船舶靠泊装置。基于螺旋理论和修正G-K公式，计算出并联机构的自由度；利用齐次位姿变换建立各连杆矢量方程，推导出并联机构位置正反解数学表达式，基于位置反解表达式求出并联机构的雅克比矩阵，根据雅克比矩阵对3-RPU机构的三类运动学奇异性进行分析；建立机构驱动关节速度与动平台速度之间的关系，对正反解的研究结果进行数值验证，并运用MATLAB对位置和速度反解进行仿真；采用蒙特卡洛法求解并联机构的可达工作空间，并运用MATLAB编程绘制出工作空间三维图和截面图，验证了3-RPU并联机构的可行性，为3-RPU并联机构的应用提供理论依据。     

基于缩减自由度的状态空间法计算伸缩全回转推进器轴系扭振

根据拉格朗日方程法,给出自由度缩减原理,将具有一个转动自由度的半正定系统缩减一个自由度,转化成正定系统,刚度矩阵不再奇异,采用状态空间法求解系统在时域上的强迫振动响应,其角位移结果能够直观的反映出系统的振动特性,对结果进行比对分析。     

六自由度Stewart平台运动学遗传神经网络正解

近年来,舰载相控阵雷达发展迅速,对其隔振措施和隔振机构的要求也越来越高。Stewart平台为一种通常的空间六自由度并联机器人,在舰载相控阵雷达中具有广泛的应用。为了解析Stewart平台工作空间和设置机构误差步长,必须运动学求解。本文针对当前Stewart平台正解法存在的问题,基于传统的正解法和Stewart平台结构,提出一种遗传神经网络正解算法,通过仿真验证可知,该方法具有较高的收敛性和较快的速度,有进一步推广应用的潜力。     

基于自适应反步法的欠驱动UUV空间路径点跟踪控制

解决了一类欠驱动UUV系统在空间6自由度运动中的路径点跟踪控制问题。首先采用拉格朗日方程的形式,建立UUV的6自由度运动学模型和动力学模型,并基于Line-of-sight法建立欠驱动UUV的路径点跟踪误差模型;然后提出了基于反步法设计满足动力学限制的综合控制器,设计自适应律以抵消海流的干扰,并基于Lyapunov理论证明了所设计控制器的稳定性;最后仿真结果验证了该控制器的有效性,实现了欠驱动UUV三维空间的路径点跟踪控制。     

海上打捞工程中的吊船生根岩土问题分析

在海上大吨位沉船打捞工程中,利用吊船扳正沉船是一种常见的技术工艺,扳正生根是此工艺当中的关键一环。桩式锚、重力锚、吸力锚是应用较广泛的生根方式,其岩土力学计算评价方法各不相同。桩式锚可看作海上钢桩基础,利用API RP 2A-WSD规范推荐方法来进行应力应变分析计算;重力锚的岩土力学分析可根据静力学平衡方程来解出;吸力锚可看作负压桶形基础,其水平承载力和贯入阻力分析不仅要考虑静力学平衡,还需考虑刚体转动的力矩平衡问题。每种生根方式都有各自适用的地质条件,在实际工作中应根据海洋岩土勘察结果,选择合理、经济的生根方式。     

一种机械臂的自适应控制方法

针对某二自由度机械臂,被控对象随着机械臂姿态变化而发生非线性变化的特点,提出一种自适应的控制方法。控制器根据机械臂的姿态,实时计算关节的等效转动惯量,在线调整系统增益,并加入重力和摩擦等干扰补偿,对机械臂关节的角位移进行有效控制。仿真结果表明,与常规的PID控制算法相比,该方法具有更强的自适应能力,取得了比较满意的控制效果,可以推广应用到多自由度机械臂的控制系统中。     

新型仿生六足机器人的设计与计算

分析仿生六足生机器人步进足轨迹规划的要求和特点,选取机构中的转动副作为关节变量,根据机器人步进足足端的位置矢量和姿态变换矩阵,得到了步进足足端轨迹规划的运动学方程。同时基于轨迹规划和落足点选择模型可应用于物料搬运、零件装配等场合中。     

三自由度波浪补偿舷梯串级自抗扰控制

本文对三自由度液压驱动波浪补偿舷梯进行建模,考虑到模型非线性、模型参数不确定、存在外部干扰等问题,设计一种串级线性自抗扰控制器对舷梯的升沉、横荡、纵荡3个自由度进行控制。首先根据拉格朗日方程建立舷梯的动力学模型,根据D-H参数法建立舷梯的运动学模型,根据阀控液压马达的流量方程、流量连续性方程和力平衡方程,建立液压力矩伺服模型。然后设计外环位置二阶线性自抗扰控制器和内环力矩二阶线性自抗扰控制器,并在位置自抗扰控制中引入模型辅助。最后搭建系统的仿真模型,对所设计的控制器进行仿真验证。仿真结果表明,三自由度波浪补偿舷梯控制系统对比带重力补偿的PID控制器,具有调节速度快、超调量小、抑制外界未知时变干扰和系统参数不确定性能力强等优点。     

沉箱偏心浮运安全性研究

非轴对称沉箱在长距离浮运过程中可能出现结构偏心问题。基于沉箱在偏心状态下所受静水压力分布，利用力矩平衡法原理，得到偏心沉箱初始倾角的计算方法，并以吃水型宽比和偏心距型宽比为变量，计算出外形尺寸与质量分布对初始倾角的影响，最终根据沉箱的重力-浮力的几何关系推算出偏心沉箱的定倾半径，并总结了初始倾角及型宽吃水比对定倾半径的影响规律。该研究提供了沉箱偏心浮运的浮游稳定的计算方法，可为长距离沉箱浮运的安全储备评估提供依据。     

船模六自由度运动量的接触式测量

在系泊船模在波浪中的运动水工模型试验中,设计了一种试验测量仪器.该仪器可用于测量波浪作用下系泊船模的六自由度运动量.将6支拉绳式位移传感器固定在船模上方,每个传感器的拉绳均与下方的船模固定.船模晃动时会带动6根拉绳.根据6根拉绳长度变化和前一时刻船模的姿态,可以计算出船模运动的六自由度运动量.经波浪试验表明,该仪器可以很好地反应系泊船模的六自由度运动量,达到了预期的目的.     

并联机构6-PRUU的运动学分析研究

文中提出了结构合理的6-PRUU并联机构,并对其进行运动学分析研究.建立了6-PRUU并联机构的位置正解和反解方程,并用数值法进行求解;建立了该机构的速度、加速度模型与相关的铰链约束模型;在位置分析的基础上采用Matlab软件进行定姿态下工作空间分析,确定了该并联机构的工作空间边界,将工作空间形状用可视化形式显示出来,为进一步研究该机构提供了基础与依据.     

重力式锚碇基础的稳定性数值模拟研究

鉴于现行规范中重力式锚碇结构的稳定性计算未考虑基底前侧抗力,文章结合模型试验和有限元分析,通过强度折减法来获得重力式锚碇的三维稳定性安全系数,并结合苏锡常南部高速公路项目,开展了土体参数对重力式锚碇稳定性的影响分析,明确了各个土体参数的相对重要性.     

基于协同目标的绝对配准

针对舰载三维传感器的偏差估计问题,提出一种基于协同目标的传感器偏差估计方法,根据协同目标在空间探测中的迭合条件,运用一阶泰勒展式推导出传感器的距离、方位、俯仰偏差和平台姿态误差的线性化公式,利用最小二乘法在线估计出各个偏差量,并实时进行修正,仿真结果验证上述方法的有效性.     

一种船用服务机器人的轨迹跟踪控制

基于旅游类舰船的消费需求不断增加和机器人产业的逐渐普及,设计一种应用于游轮上的船用服务机器人。面对船舶复杂的工作环境等特点,该机器人位置跟踪和姿态跟踪控制显得尤为关键。首先根据驱动原理建立运动学模型,其次借鉴Backstepping方法设计虚拟控制的虚拟反馈,并结合Lyapunov函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。最后并通过仿真实验证明该法具有稳定性好、响应时间短和稳态误差较小的优点,对机器人技术应用于船舶方向的研究产生了一定的积极影响。     

基于探地雷达法的圆筒重力式码头回填区病害探测

圆筒重力式码头后方回填区漏砂引起的空洞对码头的安全运营有着重大影响，探地雷达法用于病害探测具有独特的优势。本文结合圆筒重力式码头工程特点，基于探地雷达工作原理，通过matlab编程计算对工程模型进行正演模拟，并结合工程实例对水泥板、吹填砂2种介质漏砂异常区以及水泥板、吹填砂、碎石3种介质漏砂异常区进行探测，通过分析电磁波响应特征并对病害异常区域进行圈定，并采用钻孔及钻孔电视成像、地震映像法验证了探地雷达探测效果。实际应用表明探地雷达法可有效用于圆筒重力式码头后方回填区漏砂引起的病害异常区域圈定，研究成果可为同类项目的病害探测及处治提供借鉴。     

结构屈曲问题的随机位移解法

用一种新的结构分析方法--随机位移法来分析钢结构的屈曲问题,求解步骤是先将结构离散为一个有限自由度系统,然后根据有限自由度系统平衡稳定性的定义和随机位移法的基本原理,将稳定问题转化为无约束的多维优化问题,最后应用遗传算法求出该问题相应于最优解的目标函数,即得临界载荷,该方法是可行的.     

新型垂向耦合多体半潜平台伸缩立柱性能研究

在深海油气田开发中,干式采油树比湿式采油树具有更多优势.在半潜平台下部安装垂荡板可减小运动响应,使其能够采用干式采油树.论文对带有下浮箱的新型干树半潜平台进行探究,该平台通过伸缩立柱连接上部主体和下浮箱,且在横摇和纵摇两个自由度上能够自由转动,组成了垂向耦合多体系统.基于多浮体三维势流理论,采用数值模拟和模型试验相结合...     

计算几何在重力式结构稳定计算中的应用

针对重力式结构设计中进行多荷载工况、多设计方案的稳定性计算时,各种组合情况下的重力作用效应计算费时费力的问题提出基于计算几何学的计算方法,该算法将重力作用效应的计算问题简化。对重力式结构的设计断面,首先判断其凸凹性,然后利用水位线将其分解为多个子多边形,再根据子多边形内是否存在凹点计算子多边形面积、质心,最后汇总计算原设计断面的面积、质心和重力作用效应,进而得到稳定性指标。根据该算法编制了一套计算机程序,将其应用于株洲二线船闸项目的闸室计算,得到了良好的效果。     

船舶靠帮补给装置可达空间分析及运动学仿真

针对当前海上船舶间靠帮补给装置的不足，提出了一种混联式靠帮补给装置，使用串联式起重臂和并联式补偿装置的组合，可实现目标船甲板的覆盖以及对目标船的姿态补偿。根据设计的补偿装置结构参数，分析了装置的可达空间约束方程，利用工作空间极坐标搜索法结合Matlab软件得到了补偿装置的实际可达空间。使用三维设计软件进行补偿装置的建模，利用Adams软件的运动学分析模块对允许最大海况下满载的装置进行运动学分析，得到各驱动杆组的运动参数，有利于装置的进一步设计与完善。     

重力式码头扶壁结构立板应力特征分析

在重力式码头扶壁式结构实际工程的基础上,利用结构计算商业软件ABAQUS对重力式码头扶壁式结构立板土压力进行了分析,计算结果表明基于有限元方法得到的扶壁码头两肋间立板土压力与基于麦远俭公式法得到的计算结果趋势相似。根据数值计算结果,对不同回内摩擦角的回填土体以及不同刚度的结构影响下的立板后土压力进行了计算分析,并基于此对立板配筋提出了优化建议,可为后续类似工程的设计计算提供科学参考。