水下灵巧手的结构优化设计

随着水下作业机器人在探测、打捞、管线检测与修复等领域的应用不断深入,水下多指灵巧手的研制和开发逐渐受到各国机器人研究者的关注和重视。基于对非水环境灵巧手设计经验的总结,设计了3指水下灵巧手及其防腐密封结构,对结构参数进行了优化设计,根据优化设计结果研制了3指水下灵巧手原理样机。测试结果表明,该手可灵活抓取多种复杂表面的物体,部分代替人工水下作业。     

水下机械手的结构优化设计

随着水下作业机器人在探测、打捞、管线检测与修复等领域的应用不断深入,水下多指机械手的研制和开发逐渐受到各国机器人研究者的关注和重视.文中基于对非水环境机械手设计经验的总结,设计了三指水下机械手及其防腐密封结构,对结构参数进行了优化设计,根据优化设计结果研制了三指水下机械手原理样机,测试结果表明该手可灵活抓取多种复杂表面的物体,能部分代替人工水下作业.     

基于遗传算法的水下无人潜器结构特性优化分析

水下无人潜器是一种可在水下探测作业的设备,其研制过程复杂且综合性极强。水下无人潜器耐压壳结构的优化设计是其安全作业的基本条件。本文对耐压壳结构的形式和材料进行介绍分析,通过理论计算建立优化设计模型,然后构造一种并行遗传算法作为优化方法,应用于耐压壳结构的优化设计。结果表明,该方法计算有效、可靠,为实际生产设计提供理论支撑。     

关于水下机械手控制的新概念

目前,近海工程的水下作业由潜水员进行。但人在深海做这些工作却要冒很大的危险和付出高昂的费用,因此需要能高效工作的水下机械手。在研制工业机器人的基础上,奥斯陆中央工业研究所正在从事有效的水下机械手的研制工作。在三年中,建成了一个样机系统,并使用了一种新的控制原理——分解运动控制法,不需要使机械手与控制器之间呈几何相似,只要使用一个简单的操纵杆,就可十分简便地控制机械手。该机械手主要是为钢外壳的检测作业设计的,具有在狭窄接点处作业所需的灵巧性。为便于靠近检查,在夹持器内装一台小型电视摄象机。本系统适用于近海工程的水下作业。     

水下清刷装置优化设计及实验

水下清刷装置是水下船体表面清刷机器人的关键部件.文中分析了水下清刷装置在水下旋转的受力状况,建立了该装置在水下旋转过程中的动力学模型,运用优化设计和实验的方法确定合理结构参数,为设计和制造水下清刷装置提供了理论依据.     

基于Fluent的水下步行机器人结构优化设计

通过开展水下步行机器人结构外形设计研究,提出了一种在浅水环境下水下步行机器人的模型设计方案。由机体、腿部、连接、密封、浮力五个部分设计水下步行机器人,考虑浅水环境下洋流影响,利用流体力学软件Fluent对机体进行多次仿真优化,初步得到水下步行机器人模型。并对此模型进行数值模拟,计算收敛后,从Fluent软件中导出机器人的动压、受力等相关参数,并进行分析。计算结果验证了优化结构设计的优良性,表明采用此种方法研究水下步行机器人模型设计是可行的。     

新型消防用水下搜救机器人研发设计

介绍了一种消防用水下搜救机器人的设计,该水下机器人具有价格低廉、功能齐全、实用可靠和操作简便的特点,可完成水下多自由度方向运动、水下定位,不同目标的可视化探测和成像识别等作业。本文完成了消防用水下机器人的总布置设计,设计了电子舱的结构并对其进行了强度校核,评估了机器人水下稳定性,设计和论证了机器人的推进系统。     

基于连续体模型应力评估的水下机器人刚度强化设计

为了提高水下机器人设计和制造的机械强度,提出一种基于连续体模型应力评估的水下机器人刚度强化设计方法。构造水下机器人刚度强化评估的应力学结构模型,分析机器人刚度强化加工的控制约束参量,采用连续体模型应力评估方法进行水下机器人的刚度加工机械设计的荷载力学分析,实现机器人解耦构型的机构耦合度、运动灵巧度、方位特征、构件应力以及屈服强度等参量的解耦运算,得到机器人机械结构优化构型的位置正解,通过应力评估和结构解耦性设计,提高水下机器人的水下抗载荷能力和强度。仿真结果表明,采用该方法进行水下机器人刚度强化设计,机器人的机械弹性载荷较高,水下应力载荷和抗压能力得到提升,对机器人机械设计的构型优选和加工工艺改进具有较好指导价值。     

便携式水下机器人设计

出于对近海海洋探索的目的,本文应用了上次研究[1]的水下ROV空间姿态控制系统设计了一种便携式水下机器人。该水下机器人系统硬件部分主要由电源模块、无刷电调、遥控部分以及姿态传感器模块组成,软件控制以及相关数据处理由一块ARM-M3内核的处理器完成,编译软件使用Kile。水下机器人结构采用3D打印机制作,材料选用PLA。遥控通讯采用CAN总线协议。水下机器人经过实际调试可以达到相关技术要求,下潜深度100 M,能实现简单的水下作业要求。     

水下滑翔机器人水动力研究与运动分析

水下滑翔机器人是一种无外挂推进系统,仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动的新型水下机器人,主要用于长时间、大范围的海洋环境监测,因此要求其具有低阻性和高稳定性.文章主要从水动力特性出发对水下滑翔机器人进行优化设计,包括主载体线型、升降翼和稳定翼的优化等,并对水动力优化设计的结构进行了定常滑翔运动和空间螺旋回转运动分析,这将为后期的控制系统设计提供参考.     

Parzen窗估计在潜艇目标强度统计建模的应用

研究潜艇目标强度的统计特性对水中兵器的仿真和试验分析具有重要意义.本文针对直方图统计模型的精度受区间划分影响较大,提出将Parzen窗估计方法用于潜艇目标强度的统计建模,建立潜艇典型舷角下的目标强度分布模型,并对统计特性进行分析.对Benchmark潜艇模型进行仿真计算,结果表明,采用Parzen窗估计法建立的潜艇目标强度统计模型符合潜艇的物理结构特性,能够更加准确和有效地对潜艇目标强度的统计特性进行预报.     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.     

电磁力控制潜艇近水面兴波绕流流场的数值研究

文章基于VOF方法,对Froude数(Fr)等于0.2时近水面不同潜深的潜艇绕流流场结构进行了仿真,主要研究了不同潜深的兴波特性及水下绕流艇身周围的流场结构特点。结果表明,接近水面时,艇身周围的流场结构受到兴波的影响而变得更加复杂,潜艇阻力和各方向力的扰动有明显增加。使用流向电磁力对潜艇头部和指挥台进行控制,加力后潜艇绕流流场结构发生改变,随着电磁力作用系数的增大,阻力显著下降,同时各方向力的扰动被抑制,整体稳定性有所提高。最后对头部和指挥台进行独立控制,对比结果表明头部控制在减阻减振方面的效果要好于指挥台控制。     

潜艇回转直径计算与实测分析

文章推导了潜艇水平回转直径的计算公式。回转直径的计算值和实艇实测值比较表明：定常回转直径随方向舵舵角增大而明显减小;潜艇操相同的方向舵角进行定深回转运动时,回转直径与航速相关,但随航速的变化较小;公式计算的回转直径能较准确地反映不同航速下的潜艇实际回转直径,但未能体现潜艇偏航特性。     

某型潜艇开孔修补方案的分析

针对潜艇耐压壳体误开孔的修补方案，采用有限元分析法，对潜艇耐压壳体的变形和应力进行计算。通过对计算结果的分析以及对两个施工方案的评估，肯定了该型潜艇的修补方案，为后期开展类似的舰艇维修积累了经验。     

潜艇端部舱壁结构分析

端部舱壁结构是潜艇耐压壳体的重要组成部分.该文利用APDL参数化语言编程对影响潜艇端部球面舱壁强度的主要参数进行了讨论和分析.结果表明过渡环两端均采用相切联接时的端部球面舱壁结构的应力水平最低,分析结果同时也证明在进行舱壁结构分析计算时可以忽略梁柱效应的影响.文中的研究结果对潜艇端部舱壁设计具有重要指导作用.     

铺板连接结构减振设计分析

为控制机械振动向船体结构传递,基于不均质结构振动隔离原理,对铺板连接结构进行减振设计。采用有限元方法建立各设计方案的计算模型,进行激励源在铺板不同位置工况下的动响应分析,对比各方案的减振效果并开展缩比模型试验。分析结果表明,U形连接结构对抑制振动从铺板向圆柱壳体传递效果较好;适当减小连接板厚度,减振效果呈增加的趋势。缩比模型测试结果显示,U形连接结构在2 Hz～4 kHz频段有大于4dB的减振效果,仿真计算结果与试验结果吻合较好。     

X舵与十字舵潜艇稳定性对比分析

诸多潜艇强国对X舵潜艇的应用,说明了其背后巨大的实际应用价值。X舵操纵能力较十字舵更优是公认的,但X舵潜艇在实际研究过程中航向稳定性性能是一直被忽略的问题。为了解X舵潜艇相比于十字舵潜艇的航向稳定性如何,首先利用CFD方法研究SUBOFF标模来验证数值模拟的可行性,然后对某十字舵与X舵潜艇在不同工况下进行数值仿真,计算出与潜艇航向稳定性相关的水动力导数,最后比较研究2种操纵面稳定性差异。对比分析结果表明,原十字舵潜艇方向稳定性指数为0.021 46,新设计的X舵潜艇方向稳定性指数为0.249 03。说明设计的X舵潜艇满足稳定性要求,并有足够的裕度为改进潜艇其他性能提供设计空间。     

锥柱结构焊接残余应力及超声冲击消除的研究

随着高强钢潜艇锥柱结构的广泛应用,影响结构性能的焊接残余应力的测量和残余应力消除的技术备受关注。采用X射线衍射技术对高强钢潜艇锥柱结构内外壳的轴向焊接残余应力进行无损检测。内壳轴向残余应力的分布在焊缝两侧呈双峰形态,均为拉应力,而后随着与焊缝距离的增加,残余应力快速降低;而外壳轴向残余应力在锥端焊趾部分达到最大残余压应力值。还进行了超声冲击消除焊接残余应力前后的对比试验。试验结果表明,超声冲击处理对降低焊缝及近焊缝区的残余应力有很大的益处,残余拉应力经冲击处理后转变为对疲劳强度有利的较大幅值的压应力。