水下机器人减阻设计研究进展

1

作者 包海默 安轩昂 +1 位作者 宋梅萍 胡晓惠 《机械设计》 北大核心 2025年第3期163-172,共10页

水下机器人在其作业过程中会受到较大的流体阻力影响,减阻设计作为影响工作效率的重要因素始终广受关注,但对该领域发展现状的系统研究尚有不足。通过文献计量方法对CNKI和WOS数据库中相关文献进行发文趋势、研究机构、研究内容与关键... 水下机器人在其作业过程中会受到较大的流体阻力影响,减阻设计作为影响工作效率的重要因素始终广受关注,但对该领域发展现状的系统研究尚有不足。通过文献计量方法对CNKI和WOS数据库中相关文献进行发文趋势、研究机构、研究内容与关键词进行分析梳理,总结水下机器人外形减阻、表面材料减阻和系统功能减阻3个热点研究方向。系统阐述了外形减阻研究的形态仿生法和工程优化法,表面材料减阻研究的智能材料法和仿生材料法,系统功能减阻研究的模块设计法和计算机模拟法。结果表明:水下机器人减阻设计在延长设备水下运行时间和减小能耗方面优势明显,未来研究的重点主要聚焦于外观设计仿形化、材料研究微智化和功能实现融合化等前沿方向。研究结果可为针对水下机器人减阻技术的发展和系统设计优化提供一定的理论参考。 展开更多

关键词 水下机器人 知识图谱 外形减阻 非光滑表面减阻 系统功能减阻

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下巡检机器人机械臂减阻设计

2

作者 包海默 何晋 +2 位作者 李家家 邓煜欣 宋梅萍 《机械设计》 北大核心 2025年第4期168-174,共7页

为减小水下巡检机器人运行中的阻力,对其机械臂的合理安装范围和方式进行研究。采用SMF三维重建方法和PhotoScan软件对斑马狗头鲀进行特征分析和仿生模拟,重建机器人主体模型;从使用场景角度统计分析机械臂最佳工作空间范围和安装位置;... 为减小水下巡检机器人运行中的阻力,对其机械臂的合理安装范围和方式进行研究。采用SMF三维重建方法和PhotoScan软件对斑马狗头鲀进行特征分析和仿生模拟,重建机器人主体模型;从使用场景角度统计分析机械臂最佳工作空间范围和安装位置;通过Fluent软件进行流体仿真,对比不同角度机械臂的阻力影响。结果表明:第10组的第7点位为机械臂最大工作空间安装位置,机械臂安装角度为150°时,航行阻力最小。机身两侧的机械臂安装在合理位置和角度,能有效拓展设备的作业范围,减小运行阻力,对提升水下巡检机器人的整体工作效率具有重要作用和价值。 展开更多

关键词 水下巡检机器人 机械臂 三维重建 流体仿真 减阻设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下观测机器人波动鳍推进器仿生设计

3

作者 包海默 孔巧 +2 位作者 宋梅萍 邓煜欣 李家家 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第8期165-171,共7页

为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题,对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征;设计两自由度的鳍条致动单元,重建仿生波动鳍的机械结构;通过流体动力... 为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题,对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征;设计两自由度的鳍条致动单元,重建仿生波动鳍的机械结构;通过流体动力学仿真试验,对比分析波动鳍的推进机制和性能,研究了推力的影响因素。结果表明:仿生波动鳍的平均阻力为3.88 N,小于长方体波动鳍,平均速度的峰谷差值比长方体波动鳍更小;推力系数与雷诺数及波长负相关,与波幅及波频正相关;在水速为0.2 m/s,波幅为60°,波长为217.5 mm,波频为4 Hz的条件下,平均推进力最大,达14.873 N。仿线翎电鳗波动鳍相对于传统波动鳍,阻力更小,速度更稳定,其形态设计和运动规律研究对水下观测机器人的发展具有一定价值和意义。 展开更多

关键词 水下观测机器人 波动鳍 仿生设计 流体力学仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

桨鳍协同驱动型水下观测机器人

4

作者 包海默 高巍 +2 位作者 王程垟 李家家 宋梅萍 《机械设计》 北大核心 2025年第5期I0001-I0001,共1页

在线阅读 下载PDF 职称材料

浮潜伴随型水下娱乐机器人

5

作者 包海默 陈淼 +2 位作者 刘书铭 邓煜欣 宋梅萍 《机械设计》 北大核心 2025年第6期I0001-I0001,共1页

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究 被引量：5

6

作者 包海默 赵天琦 +3 位作者 冯鸣 许若麟 安轩昂 宋梅萍 《包装工程》 CAS 北大核心 2023年第2期41-47,共7页

目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成... 目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。 展开更多

关键词 动态结构仿生 波动鳍 仿生推进器 水下观测机器人 流体动力学仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下机器人仿生胸鳍设计研究进展 被引量：3

7

作者 包海默 侯舒荣 +2 位作者 宋梅萍 胡晓惠 安轩昂 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第12期139-148,共10页

水下机器人仿生胸鳍驱动器凭借其独特优势被广泛应用于海洋探索领域,但针对其研究现状进行系统性研究较为欠缺。采用Citespace软件从发文趋势、研究内容及关键词等方面对系统梳理后的水下机器人仿生胸鳍相关文献进行分析,总结了水下机... 水下机器人仿生胸鳍驱动器凭借其独特优势被广泛应用于海洋探索领域,但针对其研究现状进行系统性研究较为欠缺。采用Citespace软件从发文趋势、研究内容及关键词等方面对系统梳理后的水下机器人仿生胸鳍相关文献进行分析,总结了水下机器人仿生胸鳍造型设计、结构设计及运动控制3个热点研究方向;归纳出面向造型设计领域的具象模拟、抽象概括及参数优化方法,面向结构设计领域的结构仿生、模块化及模拟优化方法,以及面向运动控制领域的仿真模拟及样机试验方法。研究表明:仿生胸鳍在稳定性和机动性方面有一定优势,未来研究重点应为仿生原型、新能源及智能化等方向,为针对水下机器人进行创新型驱动方式的拓展研究及系统开发提供理论指导。 展开更多

关键词 水下机器人 仿生胸鳍 造型设计 结构设计 运动控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

小型水下巡航机器人表面减阻仿生设计 被引量：1

8

作者 包海默 刘恒 +3 位作者 何晋 安轩昂 侯舒荣 宋梅萍 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第8期149-156,共8页

为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率,基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取;运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面... 为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率,基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取;运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面,通过Fluent软件进行流体仿真分析,对比不同流速下的剪切应力。结果表明:当来流速度大于6 m/s时,非光滑表面剪切应力小于光滑表面剪切应力,流速为8 m/s时减阻率最高可达2.9%。仿生灰鲭鲨鱼鳞片非光滑表面模型在一定范围的来流速度下具有较好的减阻效果,但减阻率会随来流速度的增加先增后减,在特定流速下,减阻效果最佳。 展开更多

关键词 水下巡航机器人 非光滑减阻表面 仿生设计 流体仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下捕捞机器人耐压舱仿生造型设计 被引量：8

9

作者 包海默 马宏宇 +2 位作者 乔松 何晋 刘恒 《机械设计》 CSCD 北大核心 2022年第5期135-141,共7页

为降低捕捞作业的运行成本,对水下捕捞机器人的耐压舱进行仿生减阻设计。以粒突箱鲀为仿生对象,基于灰度转换和边缘检测技术提取其外形特征廓线,以捕捞机器人特征高度为设计变量建立仿生耐压舱三维模型,并将回转体耐压舱模型作为对比对... 为降低捕捞作业的运行成本,对水下捕捞机器人的耐压舱进行仿生减阻设计。以粒突箱鲀为仿生对象,基于灰度转换和边缘检测技术提取其外形特征廓线,以捕捞机器人特征高度为设计变量建立仿生耐压舱三维模型,并将回转体耐压舱模型作为对比对象,通过Fluent软件对两种耐压舱进行流体仿真分析,分别比较其阻力系数、阻力和升力系数。结果表明:与传统回转体耐压舱相比,仿生耐压舱具有更小的阻力系数,可有效减小其在水中行进的阻力;仿生耐压舱的流线型结构有效降低了流场扰动,提高了捕捞机器人在水下运行时的平稳性。研究结果可为水下捕捞机器人耐压舱的造型仿生及减阻设计提供理论依据。 展开更多

关键词 仿生造型设计 水下捕捞机器人 耐压舱 流体仿真 减阻设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

小型自主式水下机器人驱动装置悬停功能仿生设计 被引量：5

10

作者 包海默 李京浩 +2 位作者 冯鸣 许若麟 许坤 《机械设计》 CSCD 北大核心 2022年第8期129-135,共7页

通过对小型水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)驱动装置进行设计,实现其前后方向上的悬停控制,提高在实际应用中的运动稳定性和作业精确度,以黑鲈鱼为仿生对象,通过影像观察、解剖分析等方法获取其胸鳍的结构模型、运动原... 通过对小型水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)驱动装置进行设计,实现其前后方向上的悬停控制,提高在实际应用中的运动稳定性和作业精确度,以黑鲈鱼为仿生对象,通过影像观察、解剖分析等方法获取其胸鳍的结构模型、运动原理和动作参数。采用仿生设计方法,模拟构建一种类似黑鲈鱼胸鳍结构的驱动装置,并通过流体动力学仿真,验证该驱动装置在悬停控制上的有效性。结果表明:该仿生胸鳍驱动装置可在0.5 m/s正面水流下实现AUV前后方向上的快速悬停。 展开更多

关键词 小型自主式水下机器人 驱动装置 仿生设计 悬停控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于仿生学的柔性抓取装置设计 被引量：2

11

作者 包海默 郭仲壮 +3 位作者 范文 孔巧 张燕 侯舒荣 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第1期119-126,共8页

为应对海参需求量的增加,提高捕捞海参机械化程度,对海参抓取装置进行仿生设计。以刺参为抓取目标,提出抓取装置设计要求;将多棘海盘车作为仿生对象,基于系统结构仿生方法进行形态特征提取,并与功能进行耦合,以刺参形态特征为设计变量... 为应对海参需求量的增加,提高捕捞海参机械化程度,对海参抓取装置进行仿生设计。以刺参为抓取目标,提出抓取装置设计要求;将多棘海盘车作为仿生对象,基于系统结构仿生方法进行形态特征提取,并与功能进行耦合,以刺参形态特征为设计变量建立了3腔室、4腔室和5腔室的柔性抓取装置模型;通过有限元软件ABAQUS对手指单元抓取不同规格的刺参进行静力学仿真分析,给出腔室数、刺参尺寸、气压和抓力间的函数关系。结果表明:在满足抓取要求的前提下,4腔室需要的气压值范围为7.68~38.31 kPa, 5腔室需要的气压值范围为7.66~37.47 kPa, 5腔室相比4腔室,最低气压下降0.2%,最高气压下降2.2%。可见,设计的5腔室柔性抓取装置满足设计要求,可为海参柔性抓取装置的设计提供依据。 展开更多

关键词 产品设计 柔性抓取装置 结构仿生 有限元仿真 多棘海盘车

在线阅读 下载PDF 职称材料

老年人辅助记忆力产品设计——忆 被引量：1

12

作者 刘雪飞 方迪 +2 位作者 郭经华 李欢 张爱迎 《包装工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期204-204,共1页

设计说明：该产品的设计旨在解决由于老年人记忆力减退而造成生活不便甚至发生危险的问题。

关键词 记忆力减退 产品设计 老年人 设计说明

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于GIS技术的丘陵山区机耕地规划开发的适宜性研究——以大连市庙岭村为例 被引量：1

13

作者 欧天逸 《河北农机》 2023年第22期22-24,共3页

我国在促进农村现代化发展战略中,推进农业机械化是一个重要的举措。自“十三五”规划以来,机械化的进程虽然发展迅速,但丘陵山地地区的发展仍较为缓慢。我国的山地机械化作业发展缓慢,且宜机化改造成本高导致地方财政压力大,因此对山... 我国在促进农村现代化发展战略中,推进农业机械化是一个重要的举措。自“十三五”规划以来,机械化的进程虽然发展迅速,但丘陵山地地区的发展仍较为缓慢。我国的山地机械化作业发展缓慢,且宜机化改造成本高导致地方财政压力大,因此对山地的具体情况进行分析,进而选择最优的区域进行开发,是一种较为合理的策略。本研究通过无人机测绘采集了研究区域的山地信息,从机械化作业的坡度和农作物生长的光照两个条件出发,分析了研究区域内的耕地开发适宜度,给出了研究区域的重点开发区域和开发策略。该方法能够一定程度上降低宜机化改造的开发成本,保证作物的产量进而间接地提升当地的生产效率和经济效益。 展开更多

关键词 GIS技术 机械化作业 丘陵山区 作物生长

在线阅读 下载PDF 职称材料

酸奶机创新设计

14

作者 方迪 刘雪飞 李欢 《包装工程》 CAS 北大核心 2017年第4期259-259,共1页

设计说明：酸奶是有益于身体的饮品,越来越多的人开始在家自制酸奶,但现有的酸奶机选择单一,无法满足众多口味的需要,而这款酸奶机改善了这个问题。将酸奶机与榨汁机相结合,加入原料,并将水果加入榨汁粉碎机内绞碎梓汁后流入发酵桶内,... 设计说明：酸奶是有益于身体的饮品,越来越多的人开始在家自制酸奶,但现有的酸奶机选择单一,无法满足众多口味的需要,而这款酸奶机改善了这个问题。将酸奶机与榨汁机相结合,加入原料,并将水果加入榨汁粉碎机内绞碎梓汁后流入发酵桶内,通过搅拌器搅拌可调制出口味不一的水果酸奶,也可单独制作原味酸奶。该设计体积小巧,操作简单,选择多样,可更广泛的满足人们的口味需求,为日常生活增添一份乐趣。 展开更多

关键词 创新设计 酸奶机 设计说明 榨汁机 搅拌器 口味 粉碎机 体积小

在线阅读 下载PDF 职称材料

心肺复苏仪概念设计

15

作者 方迪 刘雪飞 李鹏程 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第1期147-147,共1页

关键词 心肺复苏 概念设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

老年人助视仪设计

16

作者 刘雪飞 方迪 +1 位作者 邵梦茹 李书韵 《机械设计》 CSCD 北大核心 2017年第8期I0001-I0001,共1页

设计说明:随着年龄的增长,老年人生活中遇到的视力问题越来越突出,比如:读报、看药瓶上的文字、穿针引线等都不能够顺利进行。该设计通过摄像头摄取需要视觉接受的图片、文字和实物等图像信息,通过数字接口接受手机信息,经过计算机对图... 设计说明:随着年龄的增长,老年人生活中遇到的视力问题越来越突出,比如:读报、看药瓶上的文字、穿针引线等都不能够顺利进行。该设计通过摄像头摄取需要视觉接受的图片、文字和实物等图像信息,通过数字接口接受手机信息,经过计算机对图像进行加处理,最后投影到墙面上,同时可调整图像的放大比例,从而提升老年人的生活质量。 展开更多

关键词 图像 老年人

在线阅读 下载PDF 职称材料

超声波定位停车辅助器设计

17

作者 刘雪飞 方迪 +1 位作者 卢鹏 马小凯 《机械设计》 CSCD 北大核心 2015年第7期I0003-I0003,共1页

关键词 超声波定位

在线阅读 下载PDF 职称材料

《符号提取终端》 产品设计

18

作者 乔松 《当代文坛》 CSSCI 北大核心 2022年第2期I0006-I0006,共1页

在线阅读 下载PDF 职称材料

符号化文创产品设计

19

作者 乔松 盖甄迪 《当代文坛》 CSSCI 北大核心 2021年第5期I0006-I0006,共1页

在线阅读 下载PDF 职称材料

图形识别器造型设计

20

作者 盖甄迪 乔松 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第5期I0003-I0003,共1页

在线阅读 下载PDF 职称材料