一种三自由度并联机器人机构的运动学分析

提出了一种具有3个转动自由度的并联机器人机构,介绍了它的结构和特点,建立了该机器人机构的运动学位姿、速度及加速度的正反解方程,并进行了数值实例验证,为该机器人机构的进一步分析研究和开发奠定了理论基础。     

基于虚功原理的Stewart-Gough型并联机构的逆动力学研究

为了提出一种更为简便的系统方法用于对Stewart-Gough型并联机构的动力学逆解问题进行求解,采用矢量法研究Stewart-Gough型并联机构的运动学,在运动学的基础上,基于虚功原理和雅可比矩阵理论,建立Stewart-Gough型并联机构的动力学方程,将Stewart-Gough型并联机构的动力学方程缩减为一组包含6个未知数的6个线性方程.最后,编制了一套计算程序用于求解并联机构的逆动力学,通过仿真得到了动平台的动力变化曲线.由于采用了雅克比矩阵方法,而不用去求偏速度和偏角速度,使并联机构的动力方程更为简洁.     

六自由度摇摆台反解建模与仿真

六自由度摇摆台(6-DOF)在模拟自然界空间位置起伏变化中发挥重要作用,具有非线性、强耦合、多变量特点,分析六自由度并联摇摆台运动特性和液压缸的缸长变化规律,更好地完善其控制策略,从而达到控制性能的目标,获得良好的控制效果.文中通过反解算法,推导6-DOF位姿,在MATLAB/Simulink中对摇摆台位姿进行反解建模与仿真分析,获得了液压缸的缸长变化曲线,并与试验台监控的液压缸长度进行对比,验证了反解算法的实用性,对6-DOF控制系统的建立提供重要的参考价值.     

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.     

船载串并混联海上稳定廊桥动力学建模与分析

设计了一种新型3-UPU/UP-RRP串并混联海上稳定廊桥机构，并对其进行了动力学建模与分析。利用矢量法推导并联机构各构件的速度与加速度，求解得到机构各分支的Jacobi矩阵；运用虚功原理求出3-UPU/UP并联机构的动力学模型，利用牛顿-欧拉迭代动力学方程分别对RRP串联机构中的关节力进行迭代分析，进而得到RRP串联机构的动力学模型。通过理论计算与动力学仿真分析验证了动力学模型的准确性，根据稳定补偿仿真分析得出该补偿方案具有较高的精确度。     

基于岸基激光雷达的靠泊船舶辅助信息的获取研究

本文提出了一种基于岸基激光雷达来获取靠泊船舶的辅助信息估计方法。本文通过岸基激光雷达获取靠泊船舶的点云数据,从船舶靠泊时的船艏和船艉处的点云数据中确定了船舶靠泊偏角和离岸距离,然后根据船舶的船艏和船艉处点云的轨迹变化,计算出船舶法向靠岸速度。相对于传统靠泊时利用AIS和雷达获取船舶靠泊速度和航向角,本文算法能够更加直观获取船舶的靠泊偏角、离岸距离和法向靠岸速度,能够降低平行靠泊的难度,提高靠泊作业的效率和安全系数。     

基于谱分析的船舶模拟器的输入轨迹生成方案

应用Stewart机构模拟船舶在波浪中的不规则摇荡,首要任务是获得机构六通道的输入轨迹。针对这一问题,以模拟船舶的不规则横摇运动为例,将船舶运动谱分析方法与并联机构反解理论相结合,提出了一种输入轨迹的生成方案。将生成的输入轨迹输入到船舶模拟器实验平台中进行实验,实验结果表明所得输入轨迹可以实现Stewart机构对船舶不规则运动的模拟,验证了该方案的可行性,并为模拟船舶不规则摇荡的后续工作奠定了基础。     

基于ADAMS并联机构摇摆台运动学和动力学仿真

介绍了一种用于船舶辅机设备陆地性能测试的三自由度并联机构摇摆台.主要模拟特定海况下横摇、纵摇和升沉运动,不但分析了该结构摇摆台的空间结构和空间运动姿态的位置解算,还应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了虚拟样机模型,给出了一种基于ADAMS的求解并联机构摇摆台运动学和动力学的方法,获得了有关运动学及动力学特性曲线,为船舶辅机摇摆台系统的设计、制造、创新和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数.     

船舶T字型靠泊码头碰撞安全性分析

为评估船舶T字型靠泊码头安全性的问题,文章以某工厂码头为例,采用显式有限元技术与现场实测相结合的方法,建立了船舶T字型靠泊有限元模型,将得到的仿真结果与现场实测数据进行分析,获得了船舶与码头的碰撞过程中码头各构件的最大应力值、护舷的变形及吸能曲线并验证了仿真的可靠性,通过分析不同船型及不同靠泊速度对靠泊码头安全性的影响,得到10 000吨级船舶的建议最大安全靠泊速度为0.6 m/s,20 000吨级船舶建议最大安全靠泊速度0.34 m/s,30 000吨级船舶的建议最大安全靠泊速度为0.2 m/s。     

Stewart型并联平台跃度映射

以刚体速度的旋量描述为基础,推导刚体跃度的旋量表达式.在此基础上利用旋量的李括弧运算,得到6自由度UPS串联机构的跃度映射.将串联机构的跃度映射推广到并联机构,建立Stewart型并联平台的跃度映射模型,得到表征跃度映射的三阶影响系数矩阵.该矩阵为四维矩阵,只与机构的位型有关,根据机构类型、运动学尺寸及广义坐标,即可直接得到该矩阵.以XYZ欧拉角为例,推导出上平台的姿态三阶导数与其角跃度的变换公式.最后通过虚拟样机仿真和理论计算的对比验证了跃度映射模型的正确性.     

大型集装箱船平行靠泊研究

大型集装箱船舶如何平行靠泊对于码头和设备安全十分重要.分析了船舶受力偏转的各种因素.介绍了风、流转船力矩的合理应用.提出了控制好平行靠泊的"三要素".最后介绍了大型集装箱船在风大浪急进靠泊的方法和注意事项.可作参考.     

LNG船舶靠泊对护舷的撞击力试验分析

为确保LNG船舶靠泊安全,对浙江LNG接收站工程进行了船舶靠泊物理模型试验。采用牵引船模及直流力矩电机调节速度的方法,模拟了船舶不同靠泊速度和不同偏心距的靠泊方式。试验表明,船舶靠泊角度为5°时,4个护舷受力不均,1#护舷先受力且受力最大;不同偏心距条件下的撞击力没有明显规律,且相差不大;靠泊速度为0.15 m/s条件下,静水靠泊和顶流靠泊时设计护舷型号可满足要求,横浪1.5m时靠泊则撞击力不满足要求。建议尽量减小靠泊角度,使得护舷受力均匀,以减少靠泊时的撞击力。     

基于深度学习的三维感知算法在船舶自主靠泊场景中的应用

随着船舶自主化在航运业的快速发展,《自主货物运输船舶指南》提出了针对自主靠泊场景的环境感知等相关技术要求。本文提出一种基于深度学习的三维感知算法,将多传感器的点云和图像数据进行深度融合,提升目标检测和分类的精度,用于寻找指定的靠泊目标。搭建基于虚拟物理引擎的船舶靠泊仿真系统,模拟靠泊场景,解决数据采集的难题。最后结合成熟的决策和控制算法,构建完整的自主靠泊系统,完成靠泊仿真试验,验证算法的有效性,对船舶自主靠泊应用具有重要意义。     

Numerical study on the hydrodynamic forces on a ship berthing to quay by taking free-surface effect into account

In the present study, numerical simulation of the berthing maneuver of a ship in the prescribed translational motion is performed. The transient viscous flow and hydrodynamic forces on the hull are calculated by solving the unsteady Reynolds-Averaged Navier–Stokes equations in overset grid system, and the free surface is captured using volume-of-fluid (VOF) approach. The present numerical results have been compared with previous computational results by Toda and available experimental data respectively. Since the effects of the quaywall and free surface are taken into consideration in the present study, it is found that the agreement is significantly better than that resulting from Toda’s 3D CFD based approach. Then the effects of various standoff distances between the ship and quaywall on the lateral forces are investigated. Meanwhile, the detailed transient flow features around the berthing ship are obtained, which are helpful to understand the interactional effects between the ship and quaywall. The present results may provide helpful guidance for vessels’ safe maneuvering in berthing motion and the design of fender system in the quay.     

船舶柴油机推进系统硅油减振器参数匹配优化

本文对23000DWT散货船推进轴系进行响应振动计算,将理论计算与实船测试值对分析,验证了振动模型、算法和MATLAB程序的正确性。借助模糊层次分析法对所构建的硅油减振器匹配优化评价体系进行计算与分析,得到最合理的硅油减振器类型；同时根据已验证的轴系离散数学模型和MATLAB程序对匹配后的轴系进行计算分析,结果表明匹配后硅油减振器使轴系振动应力降低10%左右,为降低船舶推进轴系振动研究提供理论指导意义。     

定机移船码头的靠船桩系统计算方法

定机移船码头结构由装卸平台、移船平台和设置于平台前沿的靠船桩组成。其中靠船桩在靠泊过程中承受船舶撞击力并将其传递给后方橡胶护舷和码头平台,结构受力形式复杂,为码头设计的关键,现有规范和手册没有相应的计算方法。针对该问题,着重论述了靠船桩的设计特点;通过把护舷压缩过程简化为理想弹塑性变形、将靠泊过程分为3个阶段分别分析其受力状态;并利用能量守恒的原理,建立了系统受力、位移和吸能的方程组;总结了一套简化计算方法,并通过实际工程加以检验。     

面向自主靠泊的船舶航迹估计方法

针对无人船在靠泊过程中自身运动估计和周围环境重建的需求,提出一种基于水面区域去除的船舶航迹估计方法。分析船舶靠泊场景中水域图像的特征,提出水岸线检测方法,将该水岸线检测方法与视觉里程计(Visual Odometry,VO)方法相结合,提出一种泊位水域环境中的船舶航迹估计方法,采用实船试验进行验证。现场试验表明:该方法在自主靠泊场景中对船舶航迹进行估计是可行的,试验结果与真实数据(Real Time Kinematic,RTK)值对比表明:在忽略尺度的情况下,算法估计轨迹的精度可满足靠泊要求。     

集装箱码头现代化、智能化管理的科学分析

阐述了如何缩短集装箱船舶在港停泊时间,增强码头堆场集装箱的周转能力,提高集装箱船舶的装卸速度等3个方面的见解,提出了一些具体的举措,这些措施对实现集装箱码头现代化、智能化管理起到了重要作用。     

全平衡垂直升船机提升系统研究

主提升系统是全平衡垂直升船机的关键设备,以水口全平衡垂直升船机为例,提出了承船厢运行速度曲线、控制承船厢与挡水门精确停位方法、事故紧急保护原理和关键参数计算方法。通过不同速度的试验,验证速度曲线的实用性。从运动学的角度分析了事故紧急保护的原理、确定关键参数的计算公式和方法。选择多组承船厢水深数据计算制动延迟时间和滑移行程,与现场试验数据基本相同,从理论和实践上验证了其原理的正确性。     

射频识别和全球定位系统联合的船舶监控系统

提出一种新设计的船舶监控系统——组合应用射频识别和全球定位系统的信息.详细论述了联合监控系统在解决船舶航行和停泊时的监控及实时信息采集的原理、功能和效果.根据射频识别技术和全球定位系统的技术特点,采用点状分布的射频识别设备记录船只停靠码头的时间,利用全球定位系统监控船只航行,使海洋航运企业对船只监控和人员管理更科学有效.