论文题目: 水下仿生拱泥机器人及其关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 船舶与海洋结构物设计制造
作者: 张英
导师: 朱美琪
关键词: 沉船打捞,蠕动原理,拱泥机器人,关键技术,数据融合
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着航运事业的日益发展,船舶触礁以及船舶间的碰撞等引起的沉船事故也屡屡发生。这些沉船成为名副其实的“水下暗礁”,给来往航行船舶的安全带来很大威胁,也严重降低了航道的通行效率。因此,提高打捞效率,快速清除航道中的沉船,对我国的交通运输和经济发展都具有重要的现实意义。 传统打捞方法主要是以潜水员个人的体能和经验为主的劳动密集型潜水作业。在沉船底部进行穿千斤作业是沉船打捞中的关键工序,目前我国普遍采用手动攻泥器,由潜水员手工操作。由于水底淤泥地质复杂,水下作业环境恶劣,使得水下打洞和穿引千斤缆是一项劳动强度极大、效率低且危险性很高的工作,尤其是在深度较大、地质复杂的海区,难度就更大。因此,沉船打捞业急需研制一种全自动自主作业的水下穿千斤的设备,以部分甚至完全替代潜水员的水下作业。这种自动化作业设备称为拱泥机器人,它是一种新型水下特种机器人,是自主移动机器人领域中的新成员,属于极限作业机器人的范畴。 目前,实现水下穿千斤的自动化作业还是一个世界性难题。对于专门针对水下穿千斤作业、工作在海床或河床以下的淤泥环境之中的拱泥机器人的研究,目前国外尚无相关的研究报道。近年来,国内几所科研院所率先对此进行了一些探索性研究,并提出了几种拱泥机器人的原理方案。 本文在全面总结拱泥机器人最新研究成果的基础上,对水下仿生拱泥机器人及其关键技术展开了深入研究和创新设计。 (1)针对目前拱泥机器人方案研究中所存在的一些工程可行性不足等问题,研究和设计了一种新型水下仿生拱泥机器人原理样机的总体设计方案,并从理论和实验上论证了方案的工程可行性。 (2)将拱泥机器人的复杂运动分解为仿生自律蠕动和姿态调整两类基本运动,统一了机器人自身姿态合成与定位算法,为混合控制模式的实现和机器人运动学分析及仿真模型的建立提供了便利条件。 (3)将尾缆实际进给量作为机器人“准绝对”定位的参数,为机器人构建了两套位姿检测系统及其迭代算法,利用定位测量数据的冗余建立了数据融合算法,有利于提高定位系统的精度和可靠性。 (4)基于液压振动原理,将冲击机构、随动机构和控制机构进行了有机集成,
论文目录:
第1章 绪论
1.1 课题的来源、目的和意义
1.2 水下机器人的发展现状与趋势
1.2.1 国外水下机器人的发展现状
1.2.2 国内水下机器人的发展现状
1.2.3 水下机器人的发展趋势
1.3 国内外潜水器参与打捞的概况
1.4 拱泥机器人的研究概况
1.5 论文的主要研究内容
第2章 拱泥机器人本体研究
2.1 拱泥机器人总体结构
2.2 拱泥机器人工作原理
2.2.1 攻泥头
2.2.2 仿生蠕动躯体
2.2.3 尾部接口舱
2.3 水下沉积土的工程性质
2.4 仿生蠕动运动的力学分析
2.5 主要组件的结构设计
2.5.1 仿生蠕动机构
2.5.2 方向调节器
2.5.3 尾部接口舱
2.6 本章小结
第3章 高频液压振动冲击攻泥头的研究
3.1 高频液压振动器的结构选择
3.2 高频液压振动器的工作原理
3.3 攻泥头的结构及工作原理
3.3.1 液压振动器的结构及工作原理
3.3.2 液压推进器的结构及工作原理
3.3.3 方向调节器的结构及工作原理
3.4 攻泥头主要性能参数的确定
3.4.1 攻泥头的受力分析
3.4.2 冲击速度
3.4.3 冲击频率
3.4.4 冲击功
3.4.5 冲击距离与冲击效率
3.5 本章小结
第4章 运动控制模式与位姿检测控制系统
4.1 拱泥机器人的运动分类与控制模式
4.1.1 自律运动的控制
4.1.2 姿态调整运动的控制
4.2 拱泥机器人的位姿检测系统
4.2.1 位姿检测系统的组成
4.2.2 径向蠕动机构的压力及流量检测
4.2.3 检测信号的分时批处理
4.3 拱泥机器人的控制系统
4.3.1 控制系统的组成
4.3.2 控制系统的布局
4.4 本章小结
第5章 基于数据融合的定位系统
5.1 移动机器人的定位方法
5.2 拱泥机器人的定位原理及算法
5.3 多传感器数据融合的常用方法
5.4 数据融合的研究及应用概况
5.5 基于卡尔曼滤波的定位数据融合
5.6 基于模糊卡尔曼滤波的定位数据融合
5.6.1 卡尔曼滤波存在的问题
5.6.2 模糊卡尔曼滤波器的设计
5.7 本章小结
第6章 拱泥机器人作业系统
6.1 组合缆
6.1.1 组合缆的结构
6.1.2 组合缆的接头
6.1.3 压缩空气
6.2 导入架
6.2.1 导入筒
6.2.2 角度调整机构
6.2.3 组合缆绞盘机构
6.2.4 台架
6.3 拱泥机器人作业系统的工作过程
6.4 液压系统
6.4.1 液压系统的组成
6.4.2 液压系统的工作原理
6.4.3 液压站
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 全文的主要结论
7.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目
发布时间: 2006-07-04
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