船舶起吊机械臂轨迹规划精准控制方法研究

在船舶起吊机械臂上使用传统的控制方法,存在着误差大、精准度差的问题,为此提出了轨迹规划精准控制方法,并进行具体研究。首先在起吊机械臂上建立空间直角坐标系将其运行轨迹量化,在坐标系当中利用坐标齐次变换的方式,实现运动轨迹的空间规划,以规划结果作为基准从滑模控制和动力控制2个方面实现精准控制方法。通过速度控制实验和轨迹控制实验得出结论:精准控制方法的速度误差相比于传统PD控制方法低2.5,轨迹误差也能控制在–0.5～0.5之间,从而确定该方法具有更高的精准度。     

船舶起吊机械臂轨迹控制方法研究

针对船舶起吊机在对货物运输前需进行大量的装配工作,本文提出一种运动学控制方法,根据机械臂的运动学约束和结构特点,采用多机系统进行测量操作,保证测量过程中能够通过多机的联合作业达到机械臂位移测量高速准确效果。同时优化了起重位移测量技术,能够有效提高起吊机械臂进行大角度装配过程的控制精度,避免由于方位角的变化造成的控制误差。为了验证提出的机械臂运行轨迹自动控制技术的有效性,设计了对比仿真实验,通过实验结果表明,控制器能够实现轨迹跟踪,自动控制效果明显。     

艇体及对接装置的仿真数学模型研究

提出一种用于艇体水下对接的仿真数学模型,分析了水下潜艇与艇体对接装置受到的水流阻力与深水压力,并确定出机械臂旋转的自由度与空间运动距离;构建出数学模型与对接装置的运动方程,求解对接装置中心坐标的空间运动矩阵,与机械臂运动的最优路径,实现水下对接装置与艇体的精确对接。仿真结果表明:本文提出的数学控制模型所确定的机械臂运动角度、距离与理论值重叠度很高,控制误差相对于传统水下对接装置优势明显。     

基于发射管的UUV自动回收机械臂动力学研究

回收是舰艇装备UUV急需解决的一大难题。传统回收方式有着人力、缆绳及救生艇等诸多限制条件,机动性差、危险系数高,无法满足舰艇的紧急作战要求。基于舰艇发射管利用机械臂进行UUV的回收能解决传统回收方式的难题且更具隐蔽性,具有重大的军事意义。本文针对舰艇的回收需求,研究基于发射管的回收机械臂设计方案,利用牛顿-欧拉法建立动力学方程,然后在Matlab下利用七次多项式规划工作轨迹并进行动力学数值仿真。结果表明浮力、负载的重量和空间尺寸均对关节驱动力矩有一定影响,该结果可为后续回收机械臂的关节驱动校核、机械结构优化以及控制系统设计等工作提供参考。     

大型波浪补偿舷梯运动学建模与仿真

为研究大型波浪补偿舷梯运动学建模方法,以串联机械臂为参考,采用以D-H参数法为核心的建模方法,推算出补偿舷梯运动学方程。同时,又运用Matlab下的Robotics Toolbox组件在软件中对其可行性和运动学正逆解的正确性进行验证;采用ADAMS进行运动学建模仿真,得到舷梯执行机构在其运动空间的轨迹及各关节的位移、速度和加速度的曲线图,为大型波浪补偿舷梯控制系统设计、动力学分析和轨迹规划等研究与设计提供理论基础和依据。     

型钢加工机器人运行轨迹偏差补偿

提出一个离线编程控制的机器人运行轨迹补偿方法,以解决通用机器人无法适应变形型钢的切割加工难题.一个激光传感器安装在机器人臂端,在机器人执行划线、切割加工前,通过激光位移传感器对工件的形状和位置进行检测,测量数据经数据处理转化为型钢采样点三维坐标,构建型钢实际形状的简化三维模型,并按补偿规则计算加工图形要素补偿量,在线修正机器人运行轨迹坐标.     

船舶机械轴系抗冲击能力优化

船舶机械轴系是船舶动力传递、船舶平稳运行的重要组成部分,常规机械轴系受材料、结构的影响较大,在船舶满载排水量超过50万吨时,其抗冲击能力及使用寿命明显下降。为此提出船舶机械轴系抗冲击能力优化。对常规机械轴系主轴类材料进行合金化处理,稳定碳化物,形成性能良好的下贝氏体,提升主轴的核心力学性能;依托高压铸造精密锻造、第二相强化等手段,对机械轴系相关构件进行材料工艺优化,并构建数学结构优化模型,确定各构件的安装退让量,实现船舶机械轴系抗冲击能力优化。试验数据表明,优化后的船舶机械轴系比常规机械轴系冲击吸收功提升49%,使用寿命提高52%。     

大推力水下航行器运动偏移特性数学建模

水下航行器在维持深水域航行探测时需要大推力辅助,很容易产生运动偏移,为了提高水下航行器运动偏移特性数据分析的准确度,设计应用数学坐标建模思想,建立航行器偏移特性数学模型。引入地面坐标系和水下局部坐标系,建立整体坐标系概念,将航行器运行轨迹看做静态坐标变换过程,构建2项坐标转换方式,为了简化计算步骤,根据坐标系概念确定当前航行器水下流体微元,在浮力、环境力和重力引导下确定航行器运动方程表达式,依据运动方程表达式建立矢量控制模型,最终根据欧拉角关系速度矢量和偏转特性,解析控制模型,获取最终数据结果。实验数据表明,该分析模型法向阻力系数计算准确度提高了27%,切向阻力系数提高了22%,可以有效提高数据计算的准确度。     

舰船除锈喷漆机器人的研究与设计

为了改进舰船修造行业除锈、喷漆工作落后的、传统的人工作业方式,设计了一种具有除锈、喷漆功能的机器人装置。该机器人采用直角坐标和柱坐标相结合的设计方法,通过主从遥控控制或自动轨迹规划控制,能够实现平面和曲面作业。详细介绍了该机器人的本体结构、驱动方式和控制系统构成,并对机器人自动工作方式的轨迹规划作了阐述。实践表明,使用该机器人代替人工作业,不仅可以减轻操作工人的劳动强度,还可提高工作效率和施工质量,具有较强的应用价值。     

基于相对时变跟踪点位的无人艇目标跟踪策略

[目的]无人艇（USV）进行目标跟踪时,采用相对固定跟踪点位（RFTP）策略得到的参考轨迹含有拐点,导致跟踪不稳定,针对该问题提出相对时变跟踪点位（RTTP）策略以提高跟踪的稳定性。[方法]首先,使用一阶滞后滤波对目标艇艏向变化量进行处理;然后,根据滤波后的数据设计时变跟踪点位,将目标跟踪问题转化为轨迹跟踪问题,并得到参考轨迹;最后,使用模型预测控制（MPC）方法实现对目标艇的跟踪。[结果]仿真结果表明,USV在RTTP策略下的跟踪效果更稳定,跟踪距离均方根差（RMSE）下降了28.06%,能耗降低了5.93%,且控制量更加平稳。[结论]相比传统的RFTP策略,采用RTTP策略可有效提高USV目标跟踪的稳定性,为USV的目标跟踪提供了新策略。     

基于振动特征的舰船机械噪声监测模型

传统船舶机械噪声监测模型在实际应用中,存在特定噪声滤波信号阈值差异问题,导致监测模型整体对噪声监测自适应性降低,在一定程度上影响模型输出准确度。为了解决模型自适应性差的问题,提出振动特征的舰船机械噪声监测模型。首先,通过拟合计算方式,对机械噪声数据进行拟合计算,根据拟合结果,结合噪声产生的振动特征,建立噪声振动特征监测模型。最后,以模型数据为优化基础值,完成对噪声监测模型自适应阈值的优化,从而实现改善模型自适应能力,提升舰船机械噪声监测模型输出准确度的效果。通过多组实例数据的仿真调试对比,证明提出模型能够适应不同参量噪声数据的监测,且保证监测效果符合技术标准。     

水下软体机械臂的设计及控制分析

针对机械臂在水下的复杂工作环境以及目前水下机械臂应用的受限性,提出一种线驱动软体机械臂,采用刚柔耦合的结构,利用电机驱动2根绳索,减少驱动单元,降低能耗,提高了机械臂的柔顺性,使其能够更好地适应水下复杂的工作环境和作业需求。同时,采用经典的Denavit-Hartenberg(D-H)建模思想结合克赛拉特杆理论(Cosserat rod theory)对其进行运动学分析。在现有软体机械臂控制方法上,设计试验平台,采用尖顶从动的控制方式检测误差并进行分析,验证了重力因素对软体机械臂控制精度的影响,为软体机械臂在水下应用的控制策略提供参考。     

小型船舶机械轴系安装定位孔装置设计

由于小型船舶机械轴系定位孔对安装位置精度要求较高,原有的机械轴系安装工序复杂,操作繁琐,严重影响船舶运行效果,甚至威胁船舶航行安全。针对以上问题,改进了小型船舶机械轴安装定位孔的设计方法,基于对非磁性定位原理和气压传动技术的研究,提出结合机械轴系叠层结构进行埋孔对接技术的现代小型船舶机械轴系叠层结构的高效精密定位孔进行装置进行优化设计,以便提高机械轴系安装定位孔的精准度,从而保障小型船舶的运行安全和工作质量。为检测该方法的实用价值,进行了仿真实验。研究结果表明,所设计的系统能够有效满足小型船舶机械轴系叠层安装定位孔可有效减少工作程序,大幅度提高定位孔精准程度,满足了小型船舶机械轴系安装定位孔装置的精准定位要求。     

带有柔性关节从机械臂遥操作机器人系统滑模控制研究

针对遥操作机器人系统在空间与医疗手术应用时出现的从机械臂柔性问题,提出了带有柔性关节从机械臂的遥操作机器人系统的二端几网络模型,并进行了理想性能分析.在此基础上设计了一种新型的滑模变结构控制方案,在该方案中主机械手采用阻抗控制而柔性关节从机械手采用滑模变结构控制策略.实例仿真结果表明,该控制方案能有效地抑制柔性从机械臂...     

多无人艇的航迹分散控制算法

传统多无人艇航迹控制算法有效控制范围较小。对此,设计多无人艇的航迹分散控制算法。对无人艇航迹参数进行坐标定位,建立航行轨迹方程,获取无人艇漂角等参数坐标,利用无人艇初始位置和航向漂角等信息,生成无人艇期望航向角,明确无人艇控制航迹,提出船舶PID控制规律算法和辅助性指标TTAR算法,解决多无人艇期望航向角重合问题,实现多无人艇航迹分散控制。实验数据表明,设计的无人艇轨迹分散控制算法无人艇控制绝对有效控制范围扩大27%,次级控制范围扩大19.5%。具有实际应用优势。     

船舶机械装置低频信号传递路径控制

针对传统传递路径控制技术在不同声压级之间的贡献率较小的问题,研究一种船舶机械装置低频信号传递路径控制技术。首先使用信号共振稀疏分解法将低频信号,利用分裂增广拉格朗日收缩算法计算共振分量,提取到机械装置低频信号特征,考虑阻振质量与平板交接面阻抗失配,计算出机械装置阻振质量传递特性,设定控制路径的控制点,计算出控制点的贡献率,实现传递路径控制。实验结果表明:与传统低频信号传递路径控制技术相比,船舶机械装置低频信号传递路径控制技术在不同声压级之间的贡献率更高,更适合在路径控制中使用。     

S型铺管船一体化建模及管道形态控制方法研究

针对S型铺管船提出了一种适于控制任务的一体化建模方法。该建模方法将管道和铺管船作为整体以机械臂方程的形式用最少的坐标表示出来。这样就可以利用机械臂的方法设计控制器和进行稳定性分析。该模型构成了一个冗余的系统并且能够证明是无源的。然后针对铺管船提出能够保证闭环系统稳定的无源控制器。仿真结果验证了所建模型的正确性和设计的控制器的有效性。     

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满足的约束条件,以此构建出完整的焊接路径.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...     

船舶耐碰撞结构设计有限元分析研究

为了提高船舶机械结构强度,从而提高船舶的耐碰撞能力,提出一种基于有限元分析的船舶耐碰撞结构设计方法。在CAD/CAM平台上进行船舶耐碰撞疲劳损伤结构分析,采用连续体模型分割方法进行船舶的机械结构强度分解,结合有限元分析方法进行船舶耐碰撞应力结构分析,以屈服强度和船舶荷载强度为测试约束指标参量,进行结构强度的力学分解,在有限元仿真软件中进行应力评估,实现船舶结构优化设计。测试结果表明,采用该方法进行船舶耐碰撞结构设计,对船舶的结构力学分析结构准确度较高,船舶的结构强度得到增强,耐碰撞性能提高。     

人工智能技术的船舶航行轨迹控制算法

为加强船行主机对于行进轨迹的精准控制能力,实现对船舶航向的有效性规划,提出基于人工智能技术的船舶航行轨迹控制算法。联合TLC设计思想,计算伪逆系数的具体数值结果,完成基于人工智能技术的船舶航迹节点安排。在此基础上,研究微分代数谱理论,通过航向控制器的促进作用的,求解非线性控制参量条件,完成人工智能技术船舶航行轨迹控制算法的设计。对比实验结果表明,与线性化控制手段相比,新型轨迹控制算法的TDR系数值能够达到87%,能够在有效规划船舶航行方向的同时,实现船行主机对于行进轨迹精准控制能力的提升。