载人潜水器一机械手系统动力学研究

首先介绍了潜水器-机械手系统的一般动力学模型;针对载人潜水器(HOV)作业运动仿真培训的需要,提出了适用于运动仿真的HOV水下机械手动力学、运动学数学模型.结合已建立的HOV六自由度运动仿真模型,进行了HOV-机械手系统动力学运动学仿真计算,给出了三自由度水下机械手典型作业运动时,机械手手端运动轨迹及HOV姿态角变化的仿真结果.计算结果表明了研究的可行性和有效性;研究结果已被用于HOV的模拟培训器中.     

一种新型集成式潜水器吊放回收系统的研制

针对无人潜水器在深海作业前后的吊放回收过程中,存在的效率低、安全性差等问题,提出了一种新型集成式潜水器吊放回收系统。该系统运用集成化的设计思想,实现了系统合理集成及集中控制。所设计的新型纯机械式锁栓装置,实现了潜水器自动对接释放功能;通过巧妙的驱动装置,实现了脐带缆的张力保护及绞车的自动收放;通过巧妙的的排缆装置,有效地实现了脐带缆的自动排布及换层功能。该系统的成功研制,大大提高了无人潜水器的作业效率和作业安全性,对类似潜水器吊放回收系统研制具有重要的参考价值。     

带波浪补偿功能小艇收放装置仿真综合试验系统研究

一种带波浪补偿功能的小艇收放装置能在4级海况下安全收放小艇.为了对该小艇收放装置进行全面性能试验,设计了一套小艇收放装置的综合试验系统.系统由基于并联机构的三自由度液压试验台、波浪模拟装置等组成,能在工厂内模拟母船和小艇在各级海况下的运动,从而可以在仿真环境下对小艇收放装置的静态和动态性能进行全面的试验,准确获得小艇在真实海况下性能数据,检验小艇收放装置的性能是否符合设计要求.文章详细介绍了仿真试验系统方案设计、液压试验台和波浪模拟装置设计.     

潜水器协同作业下的多自由度运动建模与仿真研究

当多台潜水器在水下进行空间协同作业时,潜水器间、机械手间以及潜水器与机械手间的相对运动关系复杂,潜水器的运动对机械手末端位置有耦合作用;此外,潜水器间、机械手与潜水器间的动力学存在耦合作用。为了提高潜水器协同作业的精细水平,本文建立了两台潜水器协同作业下的多自由度运动学和动力学模型,并对协同作业过程进行了仿真。仿真结果表明:在大地坐标系下,潜水器间能很好地完成对指定目标的协同作业,有效解决了空间多自由度问题;在机械手协同作业过程中,潜水器间的耦合力以及机械手作用在潜水器上的干扰力对潜水器的悬浮姿态干扰很小。     

“深海勇士”号载人潜水器运维保障系统设计及应用

本文以“深海勇士”号载人潜水器海上作业运行流程为基础,对潜水器运维业务种类进行分类,搭建符合自身作业流程的运维保障系统,通过信息化手段处理大量数据,实现全寿命跟踪深海装备运维信息,有效保障海上作业效率、安全以及规范化。     

一种水面无人艇拖线阵自主收放系统设计

任务载荷的自主收放是无人船搭载任务载荷完成海洋探测任务的关键,本文设计一种无人船拖线阵自主收放系统,从总体设计、机械结构、液压驱动、自主控制等方面做全面阐述。海上试验证明,该收放系统能够在无人船海上机动时,安全可靠地实现大缆长变直径拖线阵的自主收放、存储、拖曳等功能,在无人干预下可自主实现拖线阵的可靠释放和回收,为我国无人船开展声学探测任务奠定了技术基础。     

一种新型无人艇(器)快速收放系统的方案设计

本文对载人/无人艇(器)收放装置的国内外研究开发现状进行分析,探讨收放装置的技术发展要求。根据设备使用通用性、快速反应能力、高海况适应性及执行任务多样化等要求,提出一种基于尾升降平台的无人艇(器)快速收放系统的方案设计,给出关键功能模块的设计要求与思路,开展收放作业流程演示,并完成技术可行性分析,为该系统的详细设计奠定了技术基础。     

“蛟龙号”机械手水下作业的交互仿真设计

针对载人潜水器水下作业机械手操作人员的培训中存在培训成本高、安全风险大的问题,以我国第一台载人深潜器"蛟龙号"为仿真原型建立三维物理模型。采用D-H方法建立搭载机械手的运动学模型,并求出正、逆运动学解;利用VC++及OpenGL图形库搭建机械手运动学算法的验证与解算平台;基于虚拟现实技术、碰撞检测技术以及三维交互技术,调用运动学解算接口,实现机械手水下作业过程的交互仿真开发。     

救助船模拟器原型机关键技术研究

针对大风浪条件下救助船操纵训练的要求，有必要开发针对救助船的操纵模拟器。相比于传统的通用船舶模拟器，救助船模拟器原型机系统中引入六自由度平台运动系统，基于UDP协议传输船舶姿态数据实现实时体感模拟功能，可以模拟船舶在大风浪条件下剧烈摇动的操船环境，提高模拟训练的真实感。此外，系统中引入救助作业模拟模块的思想，可以更好地评估、训练船员在恶劣海况下配合其他救助人员完成救助任务的能力，提高执行海上救助任务的成功率与效率。     

作业型载人潜水器通信中继浮标收放绞车的设计研究

介绍了一种适用于作业型载人潜水器收放通信中继浮标的绞车的装置组成、工作原理、驱动参数计算及其液压控制系统。该收放绞车实现了自动排缆,主动放缆,张力保护,被动放缆,承重头锁紧及应急切割功能,确保了在释放回收通信中继浮标过程中载人潜水器的姿态及安全,从而保证载人潜水器在水下的作业安全性和可靠性。     

基于VR技术的船舶航行仿真系统设计

传统船舶仿真系统不能在短时间内完成航行数据的识别及转发处理。为解决上述问题,设计基于VR技术的新型船舶航行仿真系统。通过层次逻辑结构设计、仿真拓扑结构设计2个步骤,完成新型系统的硬件运行环境搭建。在此基础上,通过VR交互程序设计、航行传输协议设计、仿真数据库设计3个步骤,完成新型系统的软件运行环境搭建,实现基于VR技术船舶航行仿真系统的顺利应用。模拟对比试验结果表明,与传统系统相比,应用基于VR技术船舶航行仿真系统后,航行数据识别及转发处理时间均得到一定程度降低。     

摆翼式波浪能发电海洋航行器无水实验系统

针对摆翼式波浪能发电海洋航行器发电能力测试问题,提出一种能够模拟实际海况下的波浪与航行器之间耦合作用无水实验系统方案。航行器发电原理建立运动学模型,研究模型参数与实际对应关系,结合控制和数据采集技术,完成了无水实验系统的设计与搭建。通过CFD仿真与实验数据进行对比,结果表明,实验系统能够有效模拟波浪力作用于摆翼载荷,证明了系统的正确性和可靠性。     

遥控无人潜水器用的双向机械手

本文介绍用于遥控无人潜水器的双向机械手。该机械手伸展长度为1.8米,举重45公斤,有6个自由度和一个前端夹钳,所有关节都有双向功能。其特点:遥控性良好,任何人都能自由地、快速而准确地控制,可完成一些高难度的水下作业。     

救助船模拟器原型机关键技术研究

针对大风浪条件下救助船操纵训练的要求,有必要开发针对救助船的操纵模拟器。相比于传统的通用船舶模拟器,救助船模拟器原型机系统中引入六自由度平台运动系统,基于UDP协议传输船舶姿态数据实现实时体感模拟功能,可以模拟船舶在大风浪条件下剧烈摇动的操船环境,提高模拟训练的真实感。此外,系统中引入救助作业模拟模块的思想,可以更好地评估、训练船员在恶劣海况下配合其他救助人员完成救助任务的能力,提高执行海上救助任务的成功率与效率。     

水面无人艇环形轨迹跟踪方法研究与实现

为提高无人航行器对轨迹的实航跟踪能力,结合航行器运动特性,提出势点跟踪算法,实现对典型航迹(环形轨迹)的稳定跟踪。以无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle, USV)作为验证平台,基于拟合偏差的最小二乘航向辨识,获得系统数学模型,并设计相应的控制律,在搭建好仿真平台后,针对无人水面艇控制特性设计相关控制策略及制导律,完成势点跟踪算法的设计及仿真验证。后经典型海况下多航次试验,经过对实航轨迹及USV与环形轨迹间距离变化规律分析,并结合数据均方根大小,表明了环形轨迹跟踪方法设计的合理性。     

无人水面艇收放技术发展趋势探讨

无人水面艇(USV)是当前无人系统研究的热点领域之一,由于USV收放技术涉及到回收引导、对接、挂脱钩等难点而成为目前的前沿研究课题。通过收集整理国内外现有及在研USV的收放技术要点,归纳出USV收放操作过程通常采用吊放式、艉滑道式、坞舱式3种收放装置。在此基础上,从设备配置、空间需求、波浪影响、母船航速、适应海况、操作情况和收放耗时等方面,分别对上述3种USV收放技术进行对比分析,得出艉滑道式收放技术更适合于USV收放需要的结论。同时,指出当前USV及其收放装置在实现自主收放时需要开展的实用化研究方向,期望能对USV及其收放技术的发展起到一定的指导作用。     

深水平台上层模块海上吊装多浮体响应分析

海上吊装操作是平台海上安装作业中的重要一步,深海吊装操作面临着恶劣海况的考验。对于海上吊装操作过程中的多浮体相互干扰运动,采用了时域数值纽马克方法求解,选定JONSWAP风浪谱进行随机海况模拟。重点研究了不同浪向组合对多浮体运动响应的影响,提出安全作业浪向。在安全海况下进行了不同风速影响的研究,提出安全作业的风速范围。在安全作业海况下进行了吊装操作模拟,证实吊装操作能平稳进行,对海上吊装操作安全顺利进行具有重要意义。     

海上无人集群智能算法测试训练系统设计研究

海上无人系统集群是未来任务效能发挥的重要保障。目前海上无人装备仿真测试主要集中于对单体感知、决策以及控制算法的测试,尚无海上无人系统集群算法的评价指标体系及训练系统,制约了无人系统集群技术的发展。本文针对无人集群的协同感知、决策、控制算法设计了融合算法测试与训练功能于一体的半实物仿真系统,可提供海洋环境模拟、集群运动机理模拟、障碍物模拟,并通过接入各平台控制器对算法进行高效测试训练,达到优化算法参数的目的。通过半实物仿真试验及实装试验证明了本系统的有效性。     

一种溢油回收无人船设计研究

本文将无人船技术应用于具有较大排水量的溢油回收船上,设计了一种基于卫星定位自动作业与实时遥控作业两种控制方式的溢油回收无人船,用于复杂海况、狭窄水道以及浅水近岸等的溢油回收。解决了回收手段单一、回收效率低等问题,提供了无人船在溢油回收作业中的一套完整方案。该无人船的设计满足实际需求,且具有较高的可行性。     

起重船海上风机单桩基础“运装分离”施工窗口计算

我国海上风电长期采用“运装分离”工艺路线进行大直径单桩基础施工，但缺乏大直径单桩施工窗口的量化分析研究。研究我国“运装分离”工艺路线的单桩基础施工工艺流程，探讨施工工艺的分解和阻碍起重船作业的因素，建立实际海况是否小于起重船限制作业海况条件和起重船运动是否可满足挂钩要求的两项起重船单桩基础施工耐波性衡准。采用基于时-频域联合计算的方法对“华西5000”起重船在广东粤西海域某海上风电场的施工窗口进行计算，结果表明：起重船是否满足挂钩作业条件是决定施工窗口的控制因素，冬季施工窗口比例远低于其他季节，但若起重船与运输驳船采用并靠和一字靠迎浪作业，冬季的施工窗口比例也可达60%以上。