深海作业型机器人总体设计及性能分析

面对深海设备检修作业工作需求,基于SolidWorks虚拟设计技术,开展面向深海作业型机器人的总体模块化设计。基于有限元和经验公式,校核机器人承压构件的强度与稳定性;基于粘性流体理论,对ROV结构本体的阻力性能进行数值计算,为推进系统的设计和选型提供参考依据。针对机器人各项性能分析结果表明,机器人的结构性能满足1200 m水深要求,推进系统可满足机器人对设计航速的要求。本文提出的面向深海作业型机器人的模块化设计方法可有效提高机器人设计的效率。     

深海作业型机器人液压推进系统的非线性校正（英文）

文章研究了应用于深海作业型机器人的比例减压阀控型液压推进系统,提出了一种通过改善液压推进系统的非线性特性提高深海作业型机器人控制性能的方法。通过给液压马达两端提供相等的初始压力,可显著改善当期望推力较小时由于系统背压、比例减压阀和驱动板的非线性所引起的液压推进系统的非线性特性,对该非线性特性分段校正,降低液压推进系统的非线性特性对深海作业型机器人控制性能的影响。单推进器的水池实验证明了比例阀控型液压推进系统的非线性特性、液压推进系统仿真模型的准确性。数字仿真实验说明了液压推进系统的非线性特性对深海作业型机器人控制性能的影响以及非线性校正后控制性能的显著改善。     

一种模态切换水下机器人初步设计

介绍一种新型模态切换水下机器人的设计方案,该机器人用模态切换装置实现了浮游与爬行清污作业的自由切换,控制原理简单、活动范围广、功能强大。介绍了机器人的总体设计方案,重点对机器人的模态切换装置和推进系统进行了设计与论证分析。使用有限元计算软件Simulation对模态切换模块进行了强度校核,结果表明设计强度和刚度均满足使用要求。基于计算流体力学软件Fluent,开展MC-ROV水动力性能的初步研究,完成了推进器电机的选型。     

深海铺管起重船的电力推进控制系统

按照深海作业船舶的技术要求和规范,对深海铺管起重船电机推进系统进行了设计,主要包括电力拖动控制单元(DCU)、控制器、输入/输出模块、变频器、通讯系统以及控制面板.在对该系统的组成结构进行详细介绍的基础上,重点阐述了电力推进控制系统的功能实现以及控制逻辑,可确保推进系统的安全稳定高效运行.     

大型公务船加装深海探测设备的可行性分析

大型公务船如果具备一定的深海探测能力,可更好地执行任务。提出了通过加装深海探测设备使大型公务船获得深海探测能力的设计思想。分析总结深海探测任务的特点,明确了深海探测工作可划分为编制海图、测量海流、深海探测和可视确认4个流程,需要配备A型架、牵引绞车以及多种声学探测设备。并以某大型巡航救助船为例,结合船型特点和现有的布置条件,提出A型架和牵引绞车采用模块化安装方式,设置露天集中控制站,主要声学探测设备采用导流罩式的安装方式,超短基线采用自动收放系统,实现深海探测作业功能。最后分析了加装设备对重量重心、航速、稳性、浮态、人员居住、《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准(PSPC)》顺应性和舷墙结构等总体性能的影响。研究表明:大型公务船加装深海探测设备合理可行,是快速获得深海探测能力的有效途径。     

某面向深水网箱作业的水下机器人

为解决目前深水网箱对水下作业机器人的需求问题,以作业型遥控式水下机器人(ROV)与系统需求为出发点,设计一种集成水下运动载体、高清摄像头、作业机械臂及末端执行器的美人鱼形水下机器人,同时要求满足机动驱动灵活,安全高效,信号传输稳定,适用于无人或辅助完成深水网箱作业.     

基于Modelica语言的某气垫船机桨匹配建模及仿真

为满足某型气垫船推进系统的性能指标，开展基于国产化软件平台的机桨匹配算法研究。以某型气垫船的推进系统为对象，建立数学模型，并以基于Modelica语言的国产仿真平台MWorks为基础对该系统进行建模仿真。通过研究变螺距角、变转速时气垫船推进系统的性能，对机桨匹配算法进行优化。仿真结果表明，优化算法可满足螺距角变距时间要求、螺距角稳态误差要求以及燃机机动性能曲线要求，所提出的机桨匹配控制算法满足性能要求，研究结果可为类似气垫船推进系统设计提供借鉴。     

全回转推进控制系统设计

全回转推进装置可发出全方位的推力,使船舶具有灵敏的操纵性,现已广泛应用于需要高灵敏度操作的特种作业船。对此,基于单片机技术和控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)现场总线技术,设计一种应用于内河LNG移动加液船的全回转推进控制系统。从提高系统的控制精度和安全保护性能的角度介绍该系统的硬件、软件设计,并进行试验验证。结果表明:该系统满足设计要求,实现了对全回转推进装置的精确控制和安全保护。     

63m双燃料货船安保系统设计

针对天然气或天然气、燃油混合动力船舶存在易燃易爆的问题,利用模块化配置灵活、安全性高、经济可靠等特点,设计基于模块化的63 m双燃料货船安保系统。实船证明,该系统性能良好,满足相关设计要求。     

腹部作业型水下机器人控制系统研制

[目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。[结果]单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。[结论]该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。     

基于模糊PID的压力筒动态保压系统

针对某型压力筒的压力控制快速性和稳态工况下高精度压力控制的要求,考虑到系统惯性较大的特点,以及先导式气动流量调节阀的非线性和迟滞对系统控制性能的影响,基于AMEsim仿真平台,采用模糊PID控制策略,设计模糊PID控制器.动态保压系统试验验证了所设计的控制器具有较好的模糊控制动态性能和较高的PID控制稳态精度,能满足压力筒模拟深海压力的动、静态精度要求.     

水下安全检测与作业型机器人控制系统

[目的]针对船体、大坝、水下钢结构等表面附着物的安全检测,以及附着物清除作业的要求,需要研制一款新型水下安全检测和作业型带缆遥控水下机器人(ROV)。此类ROV需针对不同作业任务更换机械手,实现抓取、切割的功能,从而保证去除结构物上的附着物。[方法]阐述水下安全检测和作业型机器人的整套系统组成及原理。该系统以Arduino单片机为控制面板信号采集工具、以水面监控系统开发工控机为平台,零浮力脐带缆以2对双绞线、1对电源线为信号电力传输线,水下控制系统以ARM嵌入式为主控单元。建立ROV动力学模型,设计ROV艏向控制的广义预测控制器。经过系统调试,进行水池试验和湖上试验。[结果]试验证明,该系统运行正常,整套控制系统的稳定性、可靠性、实时性均达到设计要求,满足水下安全检测及作业要求。[结论]该系统设计方案和控制算法对于其他水下机器人的控制系统研究均有借鉴意义。     

深海载人潜水器推力器布置与容错性能

深海载人潜水器能够搭载科学家至深海海底开展精细化取样作业,已成为人类开展深海科学研究和资源勘探开发必不可少的工具。推力器是潜水器机动的主要执行机构,其合理的布置不仅关系潜器操纵性能也直接影响其故障时容错性能。本文首先系统梳理了现役国内外6台深海载人潜水器推力器的布置形式及其参与推力分配的运动模态,基于推力器布置方案分别比较分析了推力器故障情况下的容错控制方案并和优缺点。结果发现用矢量和可回转推力器代替固定推力器可以提高系统的容错控制能力,本文研究对于后续载人潜水器推力器布置和容错控制设计可提供参考借鉴。     

深海作业平台燃料电池AIP液氧系统供氧仿真分析

针对目前以燃料电池为动力的深海作业平台供氧不稳定,液氧罐压力随着作业工况的不同波动较大,还未考虑燃料电池对液氧罐压力的影响等问题,以某型使用燃料电池为动力的深海作业平台为对象,建立从用氧端到储氧端的液氧系统供氧数学模型,以Matlab/Simulink软件为平台,根据不同工况下的功率及用氧量的变化,对液氧系统进行动态仿真分析。仿真结果表明,深海作业时,由所需电功率变化引起平台用氧量变化的过程中,仿真过程具有较好的稳定性和动态响应,液氧系统能够根据工况的不同为燃料电池及人员呼吸持续提供氧气,保证10人在水下持续作业20 d以上,可有效满足深海作业平台能够长时间全天候在深海作业的需求。     

基于模块化的小型喷水推进装置设计研究

针对艇用小型喷水推进装置,采用模块化产品的设计思路,从需求分析入手,初步形成满足设计要求的喷水推进模块总体方案。基于功能分解,将喷水推进模块划分为多个子功能模块,依据模块单元的功能属性和输入/输出开展结构与接口的详细设计,并注重模块的独立性和通用性设计。最后根据建立的评价体系,对功能、模块化和标准化等指标进行评价。基于本文思路设计的喷水推进装置应用于13 m工作艇并取得了良好的实船试航效果。装置的模块化程度高、安装维护便捷,对小型喷水推进装置的模块化设计有一定借鉴意义。     

深海爬游机器人概念及关键技术分析

深海机器人是深海工程领域的重要装备。对比分析目前已研制的深海机器人的特点,以深海复杂海底大范围移动和精确稳定探测作业为应用目标,提出一种既可在深海游动又可在海底爬行的新型爬游机器人概念,并对爬游机器人方案、技术指标和主要特点进行介绍。在分析其使用环境和运行特点的基础上,提出不同于传统水下机器人的爬游机器人特有的关键技术问题,包括运动姿态调节、多肢多关节协同抗扰流、低能耗运动规划、运动关节高压密封以及总体集成与优化等。最后,介绍这些关键技术问题的研究进展。     

多功能模态切换的有缆遥控水下机器人控制系统设计与实验

针对一种面向海洋工程水下结构检测与清污、多功能模态切换的新型有缆遥控水下机器人（ remotely operated vehi-cle,ROV）开发了一套水面水下控制系统。通过对机器人本体水下运动受力计算分析,设计出了动力推进系统,并搭建了水下控制器单元。水面控制台设计包含供电系统、操控系统、通信接口及上位机软件,可实现机器人遥控和监控2种模式下的中等范围搜索和定点观测,并可在浮游和爬行模态之间自由切换。水下机器人姿态测试、定航、定深实验表明：该ROV控制系统性能可靠,能够满足复杂多变环境中的工作要求。     

嵌入式船舶主推进控制系统设计

针对某型船调距桨形式的主推进系统,设计了一种基于CAN总线和以太网双级网络的嵌入式船舶主推进控制系统,既满足了现场数据传输实时性的要求,又满足上层监测数据的大容量传输、易于组网的需求。开发了UPS电源模块和基于ARM11的嵌入式主推进控制面板,设计了基于Linux+Qt的图形化的船舶主推进控制系统控制软件,给出了具体的软硬件实现方法。开发了PC机模拟软件,方便了调试与试验。采用嵌入式技术,各模块相互独立,容易实现模块化、网络化,具有成本低、使用灵活、界面美观等优点。     

大功率海工可调螺距全回转推进系统

为了适应海上恶劣的气候及满足作业需求,船舶和海工平台对推进性能和操纵性能的要求越来越高。大功率海工全回转推进系统是一种推进和操控合一的可提供任意方向推力的全方向推进装置,也是能够满足海工装备特殊要求的最佳推进与操控合一的动力系统,关键技术包括水动力、动力系统、回转系统、调距机构等。文中介绍了大功率海工可调螺距全回转推进系统的构成及其功能实现的方法。     

12000 t抬浮力打捞工程船船型方案优化设计

为使12000 t抬浮力打捞工程船更加适应东海海域作业和市场经营要求,探讨船型方案优化设计,从满足东海水域应急抢险打捞作业所需性能要求和提升船舶参与市场经营能力两方面出发,对母型船的主尺度、主推进电机功率和主推进方式进行优化调整。结果表明,该型船舶采用全电力推进系统加常规直推轴系的推进方式,相比母型船,具有更高的稳定性和易维护性。