一种新型水下球形机器人的旋转运动分析

以水下球形机器人BYSQ-2为研究对象,忽略水阻力矩对其球壳旋转的影响,分三种情形研究了配重转动时球壳的运动特性,并用Kane方法建立了动力学模型。在MATLAB中对所建立的动力学模型进行了仿真,仿真结果显示的球壳的旋转规律和运动特点如下:当短轴电机驱动时,球壳会向与配重旋转方向相反的方向旋转;当长轴电机驱动时,球壳的旋转不会改变推进器的推进方向,短轴的姿态会随着配重的旋转改变;短轴电机和长轴电机同时驱动,控制调节力矩输入,可使推进器的推进方向调节到任意方向。这些结果可作为进一步研究BYSQ-2的水下运动控制的理论基础。

水下球形机器人BYSQ-2的原理与动力学分析

介绍了一种新型内置姿态调节机构的水下球形机器人BYSQ-2的结构构型、工作原理和性能参数,并分析该机器人的动力学特性,最后研究了机器人外壳的姿态保持控制方法.BYSQ-2内部的双驱动转向机构与螺旋桨推进器配合,可完成水下空间六自由度运动;分别建立球壳和配重的动力学模型;基于流体动力学分析,建立球壳姿态保持控制模型,并将非线性控制模型近似线性化,然后用模糊自适应比例-积分-微分控制器(PID)方法控制配重的摆角,使球壳姿态保持稳定.仿真结果表明,该方法可获得良好的动、静性能,是一种简单有效的控制方法.

水下球形机器人BYSQ-2型的结构设计与优化

提出了由内部配重转动机构改变姿态的水下球形机器人BYSQ-2型的结构设计与优化方法.根据BYSQ-2型的构型方案与设计指标设计水下球形机器人的机械结构,在确定推进器的型号之后,首先根据海军部系数原则对导管内径尺寸进行优化设计;然后根据整体平衡原则进行结构对称性设计与配重质量优化设计;最后根据计算结果制作BYSQ-2型样机,样机水池实验结果表明其性能达到了设计要求.

基于悬挂摆的球形水下机器人捕能方法与装置研究

为了满足球形水下机器人执行观测任务的节能需求,提出一种通过捕获环境能量给传感器供电的方法,结合机器人结构特点和海洋波浪环境制定出由悬挂摆和发电机组成的捕能装置方案,先将外部环境扰动能量捕获为悬挂摆的机械能,再通过发电机将机械能转换为可使用电能,在不影响机器人运动的前提下给出悬挂摆的复用驱动机构;应用莫森方法对水中波浪力进行数学描述,同时基于电压平衡方程等效出电磁阻尼力,作为载荷条件添加到Adams软件搭建的虚拟样机中,仿真分析捕能装置的电能输出特性,增大波浪参数可使发电功率达到1 W左右。搭建的实验平台对基于悬挂摆的捕能装置进行实验测试,结果表明所提出的能量捕获方法和捕能装置是有效的,在此基础上设计悬挂摆驱动与捕能发电处理的复用电路,输出5 V的电能可以供机器人小型传感器使用。该种捕能装置也可扩展应用在其他机器人上,增强扰动环境中的生存能力。

球形水下机器人滚进特性试验与动力学建模分析

[目的]为了探究球形水下机器人的滚进运动规律,以及质量分布对其运动的影响,对其机械机构进行创新设计及分析。[方法]首先,依据牛顿-欧拉方法建立球形机器人的滚进动力学模型;然后,通过地面滚进试验和水下滚进动力学理论研究,分析机器人的质量分配对滚进运动产生的影响;最后,通过搭建仿真环境和虚拟样机,对球形水下机器人在水下和陆地的滚进动力学进行对比分析。[结果]结果表明,当内置小车以恒定角速度输出时,该球形机器人的运动位移呈波动变化且驱动小车在球壳内的摆角也成周期性变化规律;当增加驱动配重时,小车摆角的周期和幅值均相应变小,球形水下机器人的运动更为稳定。[结论]所做研究可为球形水下机器人的设计优化提供指导。

复杂环境下球形机器人深度控制研究

为使油浸式变压器内部检测机器人在巡检作业时具有较高的稳定性与机动性,分析机器人在变压器油中的受力及运动的基础上,建立机器人在变压器油中的垂向运动模型。考虑存在外界未知扰动情况,提出一种基于非线性干扰观测器的自适应反步深度控制器,并通过Lyapunov函数证明了控制器的稳定性。仿真实验结果表明,所设计的控制器能够准确实现目标深度控制,有效解决了机器人在复杂环境下未知干扰造成的振荡问题,具有鲁棒性好、可靠性高的特点。

十字式球形深水网箱监测机器人的系统设计

文章结合四轴飞行器运动模型,设计制作了一种对网箱养殖动态监测的十字式球形网箱机器人系统。该网箱机器人监测系统由Web网页上位机、通信中继和水下球形机器人构成。用户可随时随地通过网络登录Web网页上位机远程操控机器人,可通过数据平台获得水下实时高清视频和各个水质数据。相比传统人工网箱水质检测,该机器人不仅操作简单、水下运动灵活、优化结构和性能,而且可以动态、实时地监测到水下养殖环境的变化,制作成本低廉。还可用于海洋科考或军事领域。

水下球形探测机器人的有限时间点镇定控制

介绍了水下球形探测器BYSQ-3的内部结构和工作原理,建立了水下球形探测机器人的运动学和动力学模型.利用微分同胚变换和控制输入变换对模型进行初步解耦,分解为2个子系统.其中第2个子系统为2个双积分器组成的级联系统,通过设计有限时间镇定控制律,可以保证部分状态在有限时间内收敛到0,并使整个系统较快地实现全局渐近稳定.整个过程无虚拟控制量,比传统的非线性设计方法更利于工程实现和节省能源.仿真和实验结果表明,该有限时间控制律具有较快的收敛速度和良好的稳定性,超调量小于5%.