面向狭长空间的三自由度并联机器人设计与建模

并联机器人因具有刚度大、结构稳定、承载能力大和运动负荷小等优点,在农业和工业等领域得到了广泛的应用。现有大部分并联机器人因支链呈空间对称分布,难以进入狭长空间工作。因此,针对狭长的工作环境,提出了一种新型三自由度并联结构,该机构整体沿一条直线导轨方向布置,减少了垂直于导轨方向的宽度,使之易于放入狭窄的空间内,同时能拥有较大工作空间,并实现3个自由度上的平动运动。通过G-K公式计算机构自由度;验证了该并联机器人设计的合理性;对平台进行了运动学和动力学分析;并根据遗传算法分析其奇异性;通过解析法对机构工作空间进行了分析。研究成果为三自由度并联机器人进入狭长空间工作提供了新的思路与构型。

基于北斗信标辅助的PDR狭长空间定位方法

针对在狭长空间下传统的行人航迹推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)方法易受传感器扰动与环境干扰,导致传感器数据存在误差累积无法实现行人位置精确估计的问题,结合室内走廊狭长空间典型场景下北斗伪卫星(Pseudosatellite,PL)的信号特征,提出了一种基于北斗信标辅助的PDR狭长空间定位方法。通过提取空间下确定性位置PL观测量数据特征,建立了数据特征与空间位置的指纹位置对应关系。设计了一种北斗PL与PDR组合的拐点检测方法。以北斗信标节点为基础,结合PDR适用范围大与应用性强的特性,将方向信息组合到卡尔曼滤波算法中完成设计。通过实测验证,与PDR定位方法相比,在室内狭长空间情况下组合系统的均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)定位精度提高了54%。

基于无线传感器网络的狭长空间定位方法

通过实验室走廊测试实验得出,采用对称取均值的方式可以极大改进RSSI值和距离的线性关系,基于此提出了一种对称非均匀部署方式及定位方法,并进行了MATLAB仿真实验和分析。仿真实验结果表明,该方法相较传统定位方法,平均定位误差小4~6 m,定位精度较高且受环境影响小,适用于井下巷道和超长隧道等狭长空间。

基于iGPS的煤巷狭长空间中掘进机绝对定位精度研究

为解决目前掘进机定位方法中存在的非坐标化测量、自动化程度低、易被障碍物遮挡等问题,提出一种基于室内定位系统的掘进机定位方法。该方法将激光接收器安装在掘进机机身固定位置处,通过测量激光接收器在发射站坐标系下的三维坐标,实现对掘进机的绝对定位。基于随机误差建模理论推导双发射站坐标测量的误差传导公式;针对目前室内定位系统绝对测量精度检测方法在狭长空间应用中的局限性,结合测量精度理论分析结果,提出一种适用于狭长空间的绝对测量精度检测方法。实验数据表明,双发射站测量系统在1.2m间距下,发射站与掘进机相距17m时Y轴定位精度优于10cm,X、Z轴定位精度优于2cm。

传感器位置对狭长空间定位精度的影响

根据室内或井下巷道定位中传感器网络的覆盖特点,以隧道为例,提出了狭长空间三维完全覆盖方案。同时,基于到达时间差(TDOA)定位技术,选取精度因子(DOP)作为精度评价指标,分析了传感器间距增大或缩小时,DOP值和定位精度的变化规律。研究表明,定位精度取决于传感器感知半径、狭长空间宽度和传感器间距等因素。模拟线形隧道环境下传感器布设实验表明,依据传感器位置变化前后的DOP值变化规律,提供传感器布设优化方案,可以显著提高狭长空间定位精度和可靠性。

狭长空间内细水雾射流的数值仿真

综合可压缩流场控制方程、κ-ε湍流模型、粒子动力学模型及简化的雾滴-壁面碰撞模型,建立了狭长空间内细水雾射流的数值仿真模型。基于该模型,采用Fluent流体动力学仿真软件对4种不同粒度的细水雾射流进行了数值仿真。结果表明:粒度较大的细水雾在入射初期速度较快,且保持雾化角的能力更强;细水雾在到达壁面后形成的雾化区形态上保持准稳定,呈现出特征鲜明的雾化主流区、横流区、回流区与涡流区,整个雾化区范围向两侧匀速延伸,粒度越小的雾化区延伸速度越快;狭长空间内垂直于射流方向的气流与细水雾射流产生相互影响,气流在远离喷口的雾化区迎风处速度降低,在靠近喷口的背风处形成涡流,雾化区形态沿气流流向发生扭曲。

通风对狭长空间温度分布规律影响的数值模拟与实验研究

对非常温工况的狭长空间,采用通风的方式进行降温是行之有效的。通过数值模拟研究了不同的通风量对狭长空间温度分布的影响规律,根据相似准则建立了实验台,并将模拟结果与实验结果进行了对比,结果表明计算值与实验值吻合较好,证明了用模拟的方法研究类似的工程问题是可行的。

狭长空间无线感知节点布置策略及定位算法

因为人们对无线感知节点在一些狭长空间场所的研究较少,受空间限制,无线感知节点及其网络在这些场所应用具有与开阔空间不同的特征,所以对目前应用于开阔环境下的无线感知节点定位算法进行了修正,给出了应用于狭长空间的无线感知节点定位算法。同时对狭长空间的锚节点布置方法进行了研究,给出一种较优的锚节点布置策略。理论分析、计算机仿真和实验验证表明:该算法及其锚节点布置策略在狭长空间应用中对未知节点具有很好的定位精度。

狭长空间内220 kV大截面电缆火灾燃烧特点及烟气控制实验研究

为避免或减小狭长空间内高压电缆发生火灾的可能性,建立实验模型,研究狭长空间内220 kV大截面电缆燃烧行为及火蔓延规律,分析电缆火灾下狭长空间顶棚温度分布特征,结合电缆燃烧过程,设置5种不同排烟风速,探究排烟风速对其排烟效率的影响。研究结果表明:大截面电缆阻燃外护套受火后会形成高温熔融物,滴落在底板上的高温熔融物燃烧形成的火焰不断撞击电缆底部,在电缆底部形成的拓展火焰持续加热,引燃电缆外护套的未燃段,进而导致电缆外护套底部火焰在热对流和辐射的作用下稳定蔓延;狭长空间顶棚温度峰值及熔滴火焰前锋位置随着电缆阻燃外护套的持续燃烧不断推移;大截面电缆火焰蔓延速度呈现先增大、后稳定、再减小趋势;电缆燃烧过程中会产生大量有毒烟气,采用侧向排烟模式能够有效降低狭长空间内烟气浓度。研究结果可为狭长空间内敷设电缆的消防排烟设计提供参考。

基于障碍物尺度的封闭狭长空间路径规划研究

栅格法广泛应用于移动机器人环境建模和路径规划中。为了解决在狭长空间如煤矿巷道环境中,障碍物、机器人和空间尺寸失调,以机器人中心点到自身轮廓最远距离的2倍为栅格尺寸建模容易导致路径规划失败的问题,采用以影响机器人通行的障碍物大小为基准设定栅格尺寸、机器人尺寸在地图上占据多个栅格的狭长空间地图建模方法,利用障碍物碰撞检测函数对传统A^(*)算法进行改进,仿真研究了改进算法在狭长空间中的全局路径规划的有效性,开展了实际环境下的路径规划实验。研究结果表明,采用提出的栅格建模方法和改进A^(*)算法可得到一条起始点到终点的无碰撞路线,可完成狭长空间的复杂环境路径规划。

狭长空间光纤测温火灾监控系统设计

针对大中型船舶的特殊空间内易发生火灾,且初期难以发现、扑救困难的特点,提出适用于该场景的线型光纤感温探测手段。结合光纤感温探测技术现状,针对某船舶狭长空间的火灾监控要求,形成集火灾探测、监控、报警、消防一体的火灾监控系统方案,分析在环境适应性、船舶适装性、系统经济性、使用可靠性等方面的技术优势。

补风速度对狭长空间机械排烟效果的影响

火场烟气是火灾过程中最具威胁的要素,补风、排风设计是有效抑制烟气危险,争取人员疏散优势的重要手段。文章以某一狭长空间为例,研究了不同补风速度对狭长空间机械排烟效果的影响。结果表明,当补风速度逐渐增加时,会加大对烟气的扰动,进而降低火场的能见度,对火场人员疏散产生不利影响,建议在对狭长空间进行补风设计时,补风速度不宜过大。

地下狭长空间排烟阀开启方式优化研究

地下狭长空间排烟阀的开启方式不同对排烟效果有一定的影响,目前大多数研究排烟阀开启方式为同时开启方式,从排烟阀的控制方式进行研究,针对现有排烟阀开启方式进行优化,采用逐个开启的点动控制方式。以某多层地下交通枢纽内的下行车道为原型,建立地下狭长空间模型,并运用火灾动力学模拟(Fire Dynamics Simulator,FDS)软件对地下狭长空间火灾进行模拟仿真,并分析各工况的减光率、烟气层高度、排烟效率和速度场参数的变化,比较2种排烟阀开启方式的排烟效果。结果表明:地下狭长空间内排烟阀采用优化后的点动控制方式,有效地解决了负压干扰问题,点动控制方式能和常规方法一样保持良好的烟气控制效果;但从模拟结果来看,点动控制方式的排烟效果提升并不明显。点动控制方式可为排烟阀开启方式的优化研究提供更好基础,也能够对类似工程排烟设计提供借鉴或参考。

狭长空间基于人体穿透损耗模型的组合定位方法

狭长空间定位问题普遍存在于室内定位应用场景中,虽然传统基于RSSI（Received Signal Strength Indicator）测距的定位方法简便易行,但是狭长空间RSS的波动性以及人体对无线信号的遮挡会严重降低人员定位精度。本文在分析了人体穿透损耗对狭长空间定位影响的基础上,提出将RSSI测距与扩展卡尔曼滤波定位算法组合实现定位,即在中等尺度（5λ-50λ）内采用基于人体穿透损耗模型的RSSI测距方法定位,在大尺度（〉50λ）内采用基于人体遮挡修正模型的扩展卡尔曼滤波算法定位。实验表明该方法在狭长空间的定位精度明显优于RSSI测距定位方法。

排烟对狭长空间火灾烟气特性影响的模拟

移动排烟机由于其自身使用的灵活性,被广泛用于火场排烟。以能见度及温度为指标,对狭长空间火灾发生时使用移动排烟机进行排烟的效果进行了大涡模拟。分析结果表明:在不采用任何排烟措施的情况下,烟气蔓延速度快、温度高,容易出现"游走火"现象,可能造成难以预估的伤害;采取正压送风或负压排风的排烟方式对提高空间能见度及降低空间温度有显著作用;正压送风与负压排风联合使用效果不如单独使用一种排烟方式。

舰船狭长空间火灾探测研究

舰船中有许多狭长空间,由于缺乏有效的探测手段,一旦发生火灾,损害非常巨大。根据舰船狭长空间的结构和环境特性,选择了一种火灾探测方式。以某典型舰船狭长空间为例,分析了其火灾特性,依据其火灾特性得出了舰船狭长空间火灾的识别方法。

狭长空间火灾区域模型研究

计算机仿真模拟方法在性能化防火设计中扮演重要角色。区域模型方法有其独有的优势,其对计算机硬件要求较低,计算结果与实验结果符合的较好。以CFAST为代表的区域模型方法软件得到了广泛应用。CFAST被禁止应用于狭长空间的火灾模拟。通过对狭长空间进行一定的空间分割,得到了与实际基本相符的结果,从而进一步拓展了CFAST软件的使用范围。

狭长空间强扰动排热通风量的优化研究

针对存在强扰动气流的狭长空间内热量不容易排出的问题，本文采用全面通风的手段来消除空间内持续散发的大量热量，并依据相似理论，利用Revit软件辅助设计搭建了模型实验台，对不同热射流温度及对应不同排热通风量的排热效果进行了优化研究。文中以评价全面排热通风量效果的评价指标——排热效率为参考，得到热射流温度在小于591K的范围内，最优的全面排热通风量值约为144．7万m3／h，当热射流温度位于591～709K时，最优的全面排热通风量值约为159．7万m3／h。

狭长空间内火灾烟气与人员疏散控制研究

本文采用了理论分析、火灾与疏散的组合模拟程序FDS+EVAC,以一狭长空间为例,进行了火灾烟气作用时的人员疏散仿真研究,分析了通风排烟设备对火灾烟气运动和人员疏散的影响。

狭长空间中部排风系统阻抗模拟及实验分析

本文针对某中部排风的狭长空间进行阻力计算,通过CFD方法计算出管网阻抗S,利用风机与管网系统的匹配,得到风机的工作点。进一步得出管道阻力系数S与管道阻塞比近似成平方关系,且随着阻塞比的增加而增大,以此来指导系统在实际工况中风机的启停控制。最后通过二氧化碳气体示踪实验获得狭长空间的中部排风系统排污时间,得出在当前模型下,排除CO_2所需要时间为200 s,当开启射流风机时所需要时间为180 s。