多机协调吊运系统点到点轨迹规划策略研究

针对速度与加速度不连续的被吊运物轨迹不能直接运用于多机器人协调吊运系统的逆运动学求解问题,提出一种基于点到点轨迹规划的逆运动学求解策略。首先,建立了该系统运动学与动力学模型。然后,对系统的逆运动学进行了分析,并对不同解的情况给出了解决办法。随后,提出了基于点到点轨迹规划求解可行逆解的策略,利用三种代数规划方法对被吊运物轨迹进行规划,在保证规划后的速度与加速度连续的基础上,结合逆运动学不同解的处理办法,得到更具有普适意义的可行逆解。最后,通过两个实例仿真验证了该策略的可行性,且只有五次多项式规划法符合拉力条件,研究结果为系统张力优化分布和控制奠定了基础。

考虑时间成本的机场场面拖曳调度优化研究

大型枢纽机场普遍存在近机位资源短缺与拖曳效率低等问题,导致靠桥率无法满足实际需求,其根本原因在于缺乏高效合理的拖曳调度方案。为避免机场人工拖曳调度方式造成拖曳调度分配不合理、近机位利用率低与综合拖曳成本高昂等问题,提出了考虑时间成本的拖曳调度优化方法。首先根据机场实际运行数据和业务规则,综合考虑机位空间分布和拖曳时间成本等因素,以提高靠桥率、降低拖曳时间成本为优化目标,考虑拖曳有效性、时段内拖曳量、航班保障时间窗等约束条件,建立拖曳调度优化模型;然后设计改进禁忌搜索算法求解模型;最后采用北京大兴国际机场实际历史航班数据与机位场景,验证了利用该模型构建机场拖曳调度方案的有效性。研究结果表明:所构建拖曳调度方案可以使靠桥率提升4.2%,拖曳时间成本降低10.2%,能够有效改善现有拖曳调度方式。

舰船花瓣航迹下多分枝拖曳线列阵的动态响应

本文结合某多分枝系统具体参数及其在花瓣运动轨迹下的作业过程,将拖曳缆索离散成凝集质量模型,建立了多分枝拖曳线列阵在舰船花瓣航迹下的动力学分析模型。运用时域耦合分析得到了拖曳线沿缆长方向的张力、拖曳端尾端的张力等的变化情况,对具体工程实践有一定的指导意义。

红外运动小目标的检测

通过分析天空背景下红外运动小目标、噪音以及背景的特征,提出一种检测方法·首先利用向量小波变换对运动图像进行预处理;其次采用图像差分进行目标的粗检测,提取出候选目标;最后可根据运动目标和噪音的特征对候选目标进行识别,检测出真实的运动小目标·实验证明,该方法可有效检测天空背景下红外运动小目标·

波流联合作用下多分枝拖曳线列阵回转过程的动力学分析

参考某海洋地震多分枝拖曳线列阵具体参数和该拖船的海浪响应幅值算子(RAO),结合该船工作时的具体过程,利用大型水动力分析软件Orca Flex建立了多分枝线列阵回转过程时的动力学分析简化模型,实现了对多分枝拖曳线列阵在回转过程中的动力学分析,得到了波流联合作用下,各个拖缆的张力和曲率沿缆长方向的变化规律及各个缆索拖曳点End A和拖曳缆索拖曳尾端End B的张力值在时域上的变化图像。结合计算结果,给出了多分枝拖曳线列阵在回转过程中的优化设计方案。

多工况下塔带机工作平台拓扑优化设计

为了避免单工况优化设计的局限性,对塔带机工作平台进行了多工况拓扑优化设计,得到其优化的结构构型,使工作平台在各种工况下既具有足够的刚度,又适当的减少了材料用量。以工作平台的整体结构柔度最小为优化目标,利用带权重的折衷规划法协调多个目标函数,构建多工况拓扑优化数学模型,利用HyperWorks/Optistruct求解优化模型,得到工作平台的拓扑型式。根据拓扑型式重构几何模型,对其进行静力分析,并与原结构模型静力分析的结果进行比较,对比的结果证明了文中优化设计的有效性。

欠约束多机协调吊运系统工作空间和运动稳定性分析

主要针对多机器人协调吊运系统的工作空间和运动稳定性进行分析,根据吊运系统驱动配置情况将系统分为3类;其次应用牛顿欧拉方程建立了系统的广义动力学模型;采用虚拟柔索法给出了该欠约束系统力旋量封闭的解决方案,并对系统工作空间进行了分析,依据广义逆矩阵理论给出了系统满足运动要求时柔索拉力的最优解;根据克拉索夫斯基法给出了吊运系统的运动稳定性判据;根据实例参数,对3类系统的工作空间进行了数值仿真分析,并应用方阵特征值分解法对工作空间中所有点的稳定性进行了计算。结果表明,3类系统在各自工作空间内均是稳定的,并获得了3类系统的稳定程度关系,研究结果为后续优化系统运动轨迹规划和防摆控制打下基础。

多筒基础平台自浮拖航系拖点位置试验分析

多筒基础平台是近年来在海洋工程中出现并得以迅速发展的一种新型结构形式.此种结构最大优势是便于安装,并能够自浮拖航运输,特别是在浅海区.为了研究不同的系拖点位置对结构拖航稳定性的影响,采用1∶20比例模型,通过模拟波浪作用,选取不同的系拖点位置进行试验,得到压力对比曲线及拖航力变化曲线.结果表明,系拖点的最佳位置是使拉力作用线通过或尽量接近结构浮心,而且要使拉力作用线与水平面夹角尽量小,这样可以最大程度上保证结构拖航的稳定性.

多机器人协调吊运系统动力学工作空间分析

针对多机器人通过柔索协同吊运同一重物的并联机器人系统,分析不同因素对系统动力学工作空间的影响。依据力旋量平衡方程建立了吊运系统的动力学模型,采用虚拟柔索法给出了该欠约束系统力旋量封闭的解决方案,并对系统的动力学工作空间和工作空间质量进行了分析。通过实例仿真计算得到了系统在不同工况下的动力学工作空间,并获得不同因素对系统动力学工作空间的影响规律,所得结果为进一步研究系统轨迹规划和运动稳定性提供了一定的基础。

基于多丝束预浸铺放机构的恒张力控制技术研究

针对铺放过程的恒张力控制问题,介绍了一种多丝束预浸铺放设备的结构、组成及实现方法;选用宽度为3.2 mm的数根碳纤维丝束为原料,丝束带浸渍树脂胶液后在铺放头和芯模的协调下,从芯模的一端铺放到芯模的另一端;将模糊自整定PID控制技术应用到系统中,提出了双闭环控制方法;采用PLC、旋转编码器、张力传感器、FR93等组成的控制系统,实现了纤维丝束的全自动恒张力铺放。研究结果表明,该方法不仅能达到速度和张力的工艺要求,而且解决了系统受大惯性和干扰的影响,即保持模糊控制的灵活性,又具有PID控制的特点,铺放过程平稳、无离缝、工作可靠、故障率低。

多机器人协调吊运系统控制优化仿真

针对多机器人协同吊运同一重物的紧耦合多机器人协调吊运系统,为了确保吊运物能够按照预期的轨迹运动,研究吊运系统的控制优化问题成为必要,其难点在于耦合力学模型和控制模型的建立。首先对多机器人协调吊运系统的构型进行了配置并建立了系统的运动学模型,对系统运动学进行了分析;然后利用牛顿-欧拉方程建立了系统的广义动力学方程;随后对系统的运动学进行了仿真;最后利用软件UG/ADAMS/MATLAB搭建了系统的控制仿真平台,在MATLAB/Simulink中控制系统采用PID控制算法,进行控制仿真。仿真结果表明:所建立的系统运动学模型和控制方法是合理的,控制仿真平台可以实现实时采集、控制吊运系统,最大控制误差极小,且运动状态平滑,可为进一步研究多机器人协调吊运系统的稳定性和系统控制方案优化提供依据。

基于多目标拓扑优化的拖缆机机架结构优化

针对现有船用大型拖缆机结构优化问题,采用多目标拓扑优化方法对大型拖缆机机架进行概念设计。拖缆机机架的优化目标主要有重量、刚度、固有频率3个方面,分别求得各个目标的最优解和最差解,并且利用折衷规划法求出目标函数,实现了复杂工况下的拖缆机机架结构的多目标拓扑优化。经过优化后的拖缆机机架在质量、刚度和固有频率各方面都得到了一定程度的改善。优化结果表明了基于动态和静态的多工况多目标拓扑优化方法在海工装备设计过程中的实用性,为海工装备的结构优化设计提供了理论参考。

多机器人协同吊运系统的协调动态载荷分配

针对多机器人共同吊运同一个物体形成闭运动链的协调系统,利用用牛顿-欧拉法建立了系统的广义动力学方程.研究了多机器人协调吊运系统动态载荷的一种实时性分配方法.根据各机器人的承载力,用线性加权方法使被吊运物质心处的内力有限并获得了系统的载荷分配原则.随后根据被吊运物的期望运动,给出了系统动态载荷分配的解析表达式,并进而可计算得到各机器人的期望工作载荷.最后,采用ABB工业机器人搭建吊运平台,实验验证所获得的载荷分配方法.研究结果为进一步研究多移动机器人协调吊运系统的载荷分配问题打下基础.

Teledyne Benthos TTV-301声学深拖系统在海底微地形地貌调查中的应用

介绍Teledyne Benthos TTV-301声学深拖系统的构成、海上作业模式以及声学数据获取方式,以南海某海域实测声学数据为例,对获取的多波束水深数据、侧扫声呐数据、浅地层剖面数据进行精细处理,获取高质量的水深图像、高分辨率的侧扫声呐图像和高精度的浅地层剖面图像。对同一海底微地形微地貌在不同声学影像上的反射标识进行对比分析,建立声学3D模型,形成海底浅表层的立体探测。实验结果验证了声学深拖系统在海底微地形地貌调查中的有效性与可行性,并可取得理想的效果。

多阶组合航空拖缆张力分布仿真研究

;本文介绍了多阶组合航空拖缆的功能及组合原则,在此基础上对拖缆进行受力分析,建立拖缆数学模型,仿真计算出多阶组合航空拖缆的张力分布。为试验供靶指挥提供技术参考,也为挖掘拖靶系统潜力提高供靶速度和拖缆改进设计提供理论依据。

拖曳水池阻塞效应对不同船型影响数值研究

在进行变尺度船模系列试验、大尺度船模自航试验、几何相似船模尺度效应试验或者比较不同尺度水池的试验结果时,必然要遇到阻塞效应问题.在水池尺度较小、船模尺度相对较大时,阻塞效应尤其突出.阻塞效应混在各种分析结果中,影响结论的准确性,必须予以修正.采用计算流体力学(CFD)方法,通过改变计算域的大小来改变阻塞比,利用流体体积分数(VOF)方法捕捉船舶的自由液面,计及升沉和纵倾两个自由度,对两种船型进行了不同阻塞比、不同航速下的阻力数值计算,探究船型、水池宽度和深度与阻塞效应影响程度的关系,获得了阻塞效应的影响规律,并对拖曳水池的阻塞效应修正提出了合理化建议.

减速状态下多分枝拖曳线列阵声纳系统的功能有效性

参考某型多分支拖曳线列阵地震探测系统的具体参数,结合装置的工作过程,建立线阵工作过程的三维离散模型。基于水动力分析软件Orca Flex计算研究系统的水动力特性,分析线列阵拖曳母舰减速制动过程中声学段张力及线阵阵型的变化,研讨该型装置在减速状态下功能的有效性。

柔索牵引式多机器人协调吊运系统的运动性能

针对柔索牵引式多机器人协调吊运系统的运动性能进行分析,首先建立了系统的运动学和广义动力学模型,依据驱动配置的不同将系统分成定柔索长度、变柔索长度以及机器人末端和柔索长度同时变化3类,随后分析了系统的工作空间,并给出了柔索拉力最优解,接下来采用可操作度和雅克比矩阵条件数性能指标分析了系统的奇异性和灵巧性。最后通过实例计算,给出了其中定柔索长度、机器人末端和柔索长度同时变化这2类系统的工作空间、可操作度和条件数分布情况以及接近奇异位形的空间位置。结果表明,定柔索长度及机器人末端和柔索长度同时变化的2类吊运系统在工作空间内均不存在奇异位形和不定位形,接近奇异位形的区域均在各自工作空间的上半部分,研究结果为系统的规划和优化提供了重要的数据依据。

紧耦合多直升机协调吊运系统逆运动学分析与求解

针对紧耦合多直升机协调吊运系统的逆运动学进行了分析,通过描述系统的结构模型,利用闭环矢量和牛顿-欧拉方程建立了系统的运动学模型和动力学模型;随后对系统的逆运动学进行了分析,将其分为定柔索长度和变柔索长度两种情况进行研究;最后在给定被吊运物运动期望位姿的情况下,对两种情况分别进行了数值计算,并通过ADAMS和MATLAB软件搭建了实验平台,进行了实例仿真分析。结果表明,建立的系统逆运动学模型是合理的,可以实时地求得各直升机的运动以及各柔索的受力情况。本文为优化拉力分布和研究系统控制算法奠定了基础。

“深海一号”能源站跨海区湿拖技术

针对10.5万t半潜式储卸油生产平台“深海一号”能源站的长距离湿拖作业,在航线选择、拖航阻力评估、拖船选配和拖航系统设计等方面展开深入研究,提出多拖船并拖的拖航方案,成功完成“深海一号”能源站跨海区长距离湿拖拖航任务。