轻便型环保清淤机器人研制及应用

针对各型输配水工程输水线路环保清淤、便于野外施工等的需求,通过采用全电力驱动、环保型清淤绞吸头的设计,研制轻便型智能环保清淤机器人,清淤机器人流量达到20m3/h,清淤浓度10%,爬坡角度30°。研制的清淤机器人在老虎沟明渠和老虎沟倒虹吸渠开展了工程应用,装备布放简单,施工转场方便,各项技术参数满足设计要求。

安全保障水池清淤机器人的设计及制造

以我国压水堆的安全保障水池定期清淤为研究内容,对安全保障水池清淤机器人的结构设计、样机制造、使用方式等内容进行了详细介绍。基于ANSYS软件对管道内部压力分布、速度分布进行了仿真分析,仿真结果符合设计要求。结合市场成熟产品及技术,确定了主要设备的选型及参数,通过实体样机加工制作及应用,对清淤机器人设计的合理性、可靠性进行了验证。

基于机电联合仿真的清淤机器人调速控制研究

传统控制系统研究都是基于阶跃响应的控制曲线进行分析。针对这种情况,提出一个更加有效、直观的对比分析方法来分析不同控制算法(普通PID和模糊PID)的控制效果。采用机电联合仿真方法,建立虚拟平台使得SolidWorks中的机械模型在运动时,LabVIEW的控制平台可实时监测控制系统的控制效果。结果表明通过LabVIEW和SolidWorks的联合仿真,既能实现控制算法对三维模型精准的运动控制,又实现了不同算法的运动效果对比。三维模型的运动曲线很直观地表明,模糊PID控制系统具有更少的控制响应时间和更好的运动速度稳定性。

矿用淤泥自适应水仓清淤机器人研究与应用

为了解决现有煤矿井下水仓人工清仓周期长、效率低、劳动强度大等问题,结合井下水仓实际工况,研发了一种矿用淤泥自适应水仓清淤机器人,介绍了该水仓清淤机器人的结构组成、进料集料系统、泵送系统、车架平台、电气系统的设计,详细阐述了自主越障自适应控制方法。通过搭建基于AMEsim的越障阀组液压系统仿真模型,得出油缸伸出速度及油缸无杆腔流量误差分别为0.16%、1.26%,液压系统控制平稳、精度良好,负载敏感控制在额定压力下,执行元件速度不受负载变化的影响,能够实现自适应浮动越障。通过在枣泉煤矿14采区880水仓和980水仓的实际应用表明,该水仓清淤机器人清淤效果良好,实现了水仓清淤作业任务的半自动化,进一步降低了清仓工人的作业强度。

状态受限下的水下履带式清淤机器人轨迹跟踪控制

[目的]针对桥梁建设中运用履带式清淤机器人进行沉井清淤时易出现附着力不足而打滑的工程问题,设计基于障碍Lyapunov函数(BLF)的轨迹跟踪控制器。[方法]考虑到轨迹跟踪控制器算法质心与几何中心不重合的情况、外界未知有界扰动的影响和系统动态不确定性,建立运动学及动力学运动模型。利用终端滑模观测器(TSMO)在有限时间内逼近外界扰动和系统动态不确定性。通过时变对称有限时间BLF稳定性分析,验证控制系统的稳定性,同时限制系统速度状态以防止控制失效。[结果]仿真结果表明,履带式清淤机器人在所设计的控制器控制下能够平滑且快速地到达期望的轨迹。[结论]研究结果证明了所用方法可以将机器人系统的速度状态限制在符合工程实际的区间内。

深水孔洞清淤机器人设计及应用

针对深水孔洞清淤的现实需求,即清淤机器人需具备水下清淤、行走、定位、动力及智能控制等基本功能,通过对清淤环境的分析,设计一款具备闸门前淤积物清理的智能化深水孔洞清淤机器人。根据清淤机器人作业中的难点,对布放回收技术方案进行了详细介绍,包括上平台、下平台及吊放绞车等,实现清淤机器人的布放、入洞、动力供给和回收等功能。在实验室对清淤机器人的直线行走性能进行试验,结果表明:清淤机器人具有技术可行性和作业能力。

基于CFD的两栖式清淤机器人水动力特性研究

针对某两栖式清淤机器人,基于计算流体力学(computationalfluid dynamics,CFD)分析其静浮态和航行阻力。采用重叠网格方法计算静浮态下的吃水深度和纵倾角;分别采用静态网格方法和重叠网格方法预测两栖式清淤机器人静水直航工况的航行阻力,并对这两种方法进行对比。研究结果表明:采用重叠网格的方法可以有效计算两栖式清淤机器人静浮态下的吃水深度和纵倾角;静态网格方法和重叠网格方法均能有效预测两栖式清淤机器人水上航行阻力,静态网格方法计算效率高,但仅适用于航速较低的工况,而重叠网格方法适用于不同航速下的航行阻力预测,但计算效率较低。研究结果对两栖式清淤机器人的设计及改进有较大参考价值。

绞吸式清淤机器人不同绞吸参数下绞刀流场特性研究

基于绞吸式清淤机器人绞吸工况,运用Fluent软件建立绞吸模型,数值模拟不同绞吸参数下绞刀正刀与反刀切削过程。对比分析绞刀鸭嘴管入口处与关键截面处的泥沙浓度分布特征,开展正刀与反刀切削下绞刀流场特性研究,为水下清淤机器人绞刀切削转速的合理选择提供理论依据。结果表明:在清淤机器人绞吸过程中,正刀切削时泥沙回填现象较为明显,反刀切削时泥沙挤压现象较为显著;绞刀切削时不宜转速过高,高转速段切削会造成泵吸泥沙浓度不稳定的现象;对于低水平泵吸流速,绞刀转速控制在15~25 r/min,高水平泵吸流速,绞刀控制在25~35 r/min,有助于提高产量。此外,建议鸭嘴管不要对称布置,而是沿着绞刀自转方向偏转一定角度安装,以提高泥沙吸送效率。

清淤机器人在城市暗涵清淤疏浚工程中的应用

近年来,我国城市化建设步伐加快,而经济和社会的快速发展,不可避免地带来了城市生态污染问题,这也逐渐成为城市环境治理的重点任务。其中,生态污染的首要问题之一就是水环境污染,尤其是城市中存在有大量的暗涵,主要位于人口和建筑物密集区域,其中的淤泥是导致水环境污染的重要因素之一。城市化进程的加快,对于生态环境的要求也逐渐提升,大多数城市在管网规划工作和环境治理工作上已经逐渐落后于城市发展理念与环境要求,普遍存在污水直流等环境污染问题,污染物的产生与排放远远超过了水资源的容纳量,城市内部河道臭气熏天。此外,泥沙和生活垃圾的堆积导致地下水管网出现了严重淤塞的问题,严重影响着公共环境安全。

新型排水管道清淤机器人的结构设计与分析

当前,在大雨后,城市中部分地下污水会破坏复杂且脆弱的管道,从而在街道路面上蓄积,对人们的出行以及交通造成影响。基于此,本次研究介绍了一种能够对城市排水管道进行清淤以及检测的机械人机构设计与原理。本次研究中所提到的机器人,其所使用的为三副齿轮齿条结构(周向120°等间距布置),其分别由3台电机进行控制,并利用AT89S51单片机作为控制核心,使用压力传感器MCL-L测量轮子对管壁的设定值与压力值展开对比,从而保障适径机构伸缩的实现,对系统的适应性有所提高。另外,利用光电传感器对机器人是否能够自动抵达井口进行检查,来检测机器人的自主性;使用超声波传感器,实现机器人的径向移动,确保机器人能够完成不同管径的清淤工作。就本次研究方案论证可知,本研究机器人结构紧凑,具备较强的适应力与牵引力,清淤效果理想。

基于S-BFPS模型的管道清淤机器人设计研究

为了降低管道清淤工人的劳动强度、保障工人的人身安全,设计一款可以代替人工进入管道的智能清淤机器人。通过对FBS模型进行扩展变形,加入情境“S”,并将行为域拓展为使用行为“B”和功能原理“P”。对用户和清淤机器人所处的情境进行划分,然后通过不同情境对清淤机器人的各种功能进行定义,最后输出设计研究实践成果。应用S-BFPS模型对管道清淤机器人进行情境分类构建,将情境需求提炼转化为设计需求,并且进一步解读行为域,提出了可实现行为的原理,为处于复杂情境的产品设计提供参考示例。

核电厂海水泵房水下清淤机器人探索研究

海水泵房主要为核电机组安全可靠运行提供冷源。机组运行期间在海水泵房鼓网腔室等区域滋生的海生物和淤泥是威胁机组冷源安全的重要因素,目前福清核电海水泵房清淤工作采用人工方式,存在工作环境恶劣,作业风险高,工作效率低下,劳动强度大等问题。为提升水下清淤安全管理水平及工作效率,清淤机器人结合现场工作实际,采用智能化、自动化手段,开发了一种具备远程监控和控制功能的水下清淤机器人,该机器人硬件系统包含控制模块、动力模块及视觉模块,并通过软件系统实现通信传输、导航定位、远程控制等功能,实现了清淤过程的远程自动化操作,大大提高了清淤机器人的工作效率,降低了工业安全风险,从而保证海水泵房的稳定运行,提高机组冷源可靠性,在核电领域值得广泛应用和推广。

牵引式排水管道清淤机器人的研究

研究了一种新型排水管道清淤机器人,对其组成及工作原理做了论述,以及对基于PLC的软、硬件控制做了详细介绍。用钢丝绳牵引装置带动清淤车体连同清淤斗完成有载清淤作业,保证清淤作业有足够的牵引力。通过清淤机器人本体自带动力源带动清淤斗在管道内部空载运动,代替了传统清淤机器人沉重的有缆作业。通过监控系统适时监控管道内部清淤作业状况,采用无线通讯方式传输数据,根据作业要求完成对清淤动作的控制。

中小直径排水管道缆控清淤机器人的研究

提出了一种中小直径排水管道缆控清淤机器人,并对机器人组成、驱动步进电动机控制以及光电编码器在机器人中的应用进行了详细介绍。清淤机器人由移动载体、打滑纠正机构、清淤刀具、检测装置、控制器和电缆收放装置等组成,可在步进电动机的驱动下沿排水管道内部自主行走,并在行走过程中完成对管内淤积物的自动清理工作,同时也可对载体打滑、遇到大障碍及步进电动机过载等状况进行检测并实施及时的纠正,具有工人劳动强度低、作业效率高等优点。

一种新型排水管道清淤机器人控制系统的设计

介绍了一种用于排水管道清淤和检测的机器人机构及工作原理,该机器人采用了履带式行走机构和管道直径调节机构,以ST89C58单片机为控制核心,通过压力传感器的反馈值,自主地控制管道直径调节机构。同时对驱动电动机控制、速度传感器以及光电编码器在机器人中的应用进行了详细介绍。经论证表明:该系统具有结构紧凑、适应性强、牵引力大、去淤彻底等特点。

无缆式城市排水管道清淤机器人的通讯设计

根据无缆式排水管道清淤机器人的控制要求,其控制系统采用了3个S7-200 PLC,机器人内部的两个PLC之间利用PPI协议实现通讯,而地面PLC与机器人内部PLC之间则通过无线通讯完成数据传递。实践证明,该设计策略很好地解决了管道清淤机器人与地面操作人员之间的信息交互问题。

自主式管道清淤机器人的研究

提出了一种自主式管道清淤机器人,介绍了该机器人的工作原理及各组成部分的结构和功能。该机器人采用轮式行走机构和同步带传动机构,蓄电池供电和电机驱动,无线通讯和PLC控制。自主式管道清淤机器人的研究提高了排水管道清淤的效率和管道清淤作业的自动化水平。

基于模糊控制的排水管道自主清淤机器人

为了替代人工完成地下排水管道清淤工作,提出一种可以在电动机的驱动下沿着排水管道自主行走,同时对伸入管内的树枝或油污沉积形成的钙化物进行自动清理的新型机器人。利用光电编码器、倾角传感器和超声波传感器实时检测机器人工作状态和作业环境的变化,并通过引入模糊控制算法,实现驱动步进电动机过载调整、机器人姿态调节以及基于载荷变化的速度调节,从而极大地提升了机器人的自主作业能力,为获得更好的清淤效果奠定了理论基础。

城市排水管道缆控清淤机器人的研究

介绍了一种用于排水管道清淤的机器人机构及工作原理,该机器人采用周向120°等间距布置的三副齿轮齿条结构,由三台电机分别控制,并且以AT89S51单片机为控制核心,通过压力传感器MCL-L测量轮子对管壁的压力值与设定值进行比较来实现控制适径机构的伸缩,增强了系统的鲁棒性和适应性;通过光电传感器来检测机器人是否到达检查井口来实现机器人的自主性行为;用超声波传感器实现绞刀机构的径向移动,以满足不同管径清淤的需要。方案论证表明:该系统具有结构紧凑、适应性强、牵引力大、去淤彻底等特点。

基于模糊控制的管道清淤机器人设计与研制

管道清淤机器人主要应用于工业上一些不便于人工作业的城市污水系统,它的研究涉及到诸多学科,是机器人研究领域的重要发展方向之一,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本文主要研制一种具有环境自适应轮式管道清淤机器人,机器人主要包括机构本体和控制系统两部分。控制系统由传统的PID控制器和基于模糊神经网络控制器组成,并根据模糊神经网络的特点提出了新参数自适应控制策略。搭建管道试验环境进行机器人的环境适应性试验,证明了本方法的有效性和可行性。本文工作为管道机器人的设计提供了一种方法,为实现机器人的自主作业打下基础。