船舶巡检水下观察机器人设计

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作者 赵飞 《中国工程机械学报》 北大核心 2025年第4期743-747,共5页

针对船舶水下部分锈蚀状态观测不便问题,设计了一种船舶巡检水下观察机器人,可为及时清洗船体附着物提供路径规划。其采用双链轮双驱永磁吸附结构、电源舱和驱动舱共舱设计,通过履带附壁可实现局部清水贴面检测。通过磁体吸附力仿真,研... 针对船舶水下部分锈蚀状态观测不便问题,设计了一种船舶巡检水下观察机器人,可为及时清洗船体附着物提供路径规划。其采用双链轮双驱永磁吸附结构、电源舱和驱动舱共舱设计,通过履带附壁可实现局部清水贴面检测。通过磁体吸附力仿真,研究表明采用N-S正反充磁的等效单块磁体吸附力在磁体与船板间距9.5 mm以内都是优于普通单块磁体吸附力的。机器人水下作业时,前端磁体与船体壁面脱离角度小于40°时,机器人不发生倾覆,同时履带部件与船板接触间隙在9 mm范围内,机器人均可可靠附壁吸附,不静态失稳。制造了功能样机,水下实验表明机器人可以实现9 mm以内间距的安全附壁,为机器人的工程应用奠定了基础。 展开更多

关键词 水下观察机器人 履带式 磁力仿真 吸附力 安全附壁

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履带式水射流爬壁除锈机器人永磁吸附设计

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作者 赵飞 《中国工程机械学报》 北大核心 2025年第3期509-513,519,共6页

为了解决船体表面人工除锈不便的问题,设计了履带式水射流爬壁除锈机器人,并进行了永磁吸附设计。首先,根据机器人总体结构和设计指标,求解机器人保证静态不失稳时的单块磁体吸附力要达到800 N;其次,利用Maxwell对磁体模型参数进行优化... 为了解决船体表面人工除锈不便的问题,设计了履带式水射流爬壁除锈机器人,并进行了永磁吸附设计。首先,根据机器人总体结构和设计指标,求解机器人保证静态不失稳时的单块磁体吸附力要达到800 N;其次,利用Maxwell对磁体模型参数进行优化,确定5块厚度为15 mm的N-S正反磁路磁体成组时最大吸附力为3163.8 N,5块厚度为15 mm的Halbach磁路磁体成组时最大吸附力为2426.1 N,Halbach磁路的磁体吸附力可以满足壁面与磁体间距在5 mm以内时,吸附力大于800 N,而N-S正反磁路只能满足壁面与磁体间距在3 mm以内;最后,搭建机器人的功能样机,开展室内垂直爬壁和1∶1实船模型爬壁测试。研究结果表明:机器人功能样机满足设计指标要求,机器人是可以安全附壁的,为下一步工程样机研制奠定了基础。 展开更多

关键词 除锈机器人 水射流 履带式 永磁吸附 Halbach磁路

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踏面制动凸轮构造与输出力稳定性分析

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作者 赵飞 《中国工程机械学报》 北大核心 2025年第2期356-360,共5页

为了解决现有踏面制动单元凸轮构造中由于未考虑活塞偏转对凸轮动力矩产生的影响,导致平衡方程不完整、不精确和制造的凸轮轮廓误差较大的问题,对踏面制动凸轮构造和输出力稳定性展开了研究。首先,引入优化补偿角概念,将活塞偏转引起的... 为了解决现有踏面制动单元凸轮构造中由于未考虑活塞偏转对凸轮动力矩产生的影响,导致平衡方程不完整、不精确和制造的凸轮轮廓误差较大的问题,对踏面制动凸轮构造和输出力稳定性展开了研究。首先,引入优化补偿角概念,将活塞偏转引起的推力对凸轮铰接点产生2个方向的转动力矩包含在新平衡方程中,使平衡方程更加完整、精确,误差更小,以此设计构造新的凸轮机构。然后,在踏面制动单元例行试验机上,对原凸轮机构和含优化补偿角的新构造凸轮机构进行输出力值稳定性对比实验。最后,对上述数据及作用行程与输出力值曲线进行综合对比分析。研究结果表明,含补偿角凸轮输出力值稳定性优于不含补偿角凸轮。在实际作用行程下,两次输出力差最大值,含补偿角凸轮误差在(-0.8,+0.6) kN,不含补偿角凸轮误差在(-1.2,+1.2) kN,含补偿角凸轮误差也小于不含补偿角凸轮误差。 展开更多

关键词 踏面制动 平衡方程 凸轮 输出力 稳定性

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重载履带式爬壁机器人力学建模与仿真

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作者 赵飞 《机械设计》 北大核心 2025年第2期148-154,共7页

针对搭载高压水射流装置的重载履带式爬壁机器人附壁稳定性问题,文中单纯采用永磁吸附可安全附壁,真空吸附条件下按照安全冗余的原则进行力学建模。分析了机器人在抗下滑和抗后翻状态下,永磁吸附单元所需吸附力与船舶壁面倾斜角度的关系... 针对搭载高压水射流装置的重载履带式爬壁机器人附壁稳定性问题,文中单纯采用永磁吸附可安全附壁,真空吸附条件下按照安全冗余的原则进行力学建模。分析了机器人在抗下滑和抗后翻状态下,永磁吸附单元所需吸附力与船舶壁面倾斜角度的关系;分析了机器人直线匀速运动、直线加速运动和转向运动下,驱动转矩与船舶壁面倾斜角度的关系。采用仿真分析结果搭建了功能性样机,开展了直线和转向运动、垂直爬壁和1∶1实船模型的爬壁试验,验证了结果的正确性,为工程化样机积累了原始数据,为机器人结构优化奠定了基础。 展开更多

关键词 爬壁机器人 运动学 动力学 数值仿真

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FeCrNiCoCu纳米压痕性能的分子动力学研究 被引量：1

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作者 陈风明 赵光霞 《原子与分子物理学报》 北大核心 2024年第3期78-84,共7页

纳米压痕是研究金属特性最广泛的方法之一.因此,本文采用分子动力学方法研究了晶粒数、压痕半径和压痕速度对FeCrNiCoCu压痕性能的影响.结果表明,晶粒数从4增加到16,杨氏模量和硬度值逐渐减小,呈现反Hall-Petch现象;随着压头半径的增加... 纳米压痕是研究金属特性最广泛的方法之一.因此,本文采用分子动力学方法研究了晶粒数、压痕半径和压痕速度对FeCrNiCoCu压痕性能的影响.结果表明,晶粒数从4增加到16,杨氏模量和硬度值逐渐减小,呈现反Hall-Petch现象;随着压头半径的增加,杨氏模量增大,硬度受接触面积的影响较大而减小,较大的压头半径有利于模型内部位错的产生和扩展;压入速度对杨氏模量和硬度的影响微弱,压入速度越快,位错密度越低,位错传播速度越慢.本工作以期为FeCrNiCoCu的研究提供理论指导. 展开更多

关键词 纳米压痕 杨氏模量 硬度 位错 FeCrNiCoCu

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履带式水下清洗机器人设计与永磁吸附优化 被引量：2

6

作者 赵飞 凌宏杰 王琦 《船海工程》 北大核心 2024年第4期82-86,共5页

为解决内河船体壁面坞内或水下人工清洗附着物费用昂贵且周期长的问题,设计一种履带式水下清洗机器人。通过建立机器人的静力学模型,求解机器人所需静态稳定条件下的最小吸附力,借助Maxwell仿真求解优化限定尺寸下,采用N-S正反充磁和Hal... 为解决内河船体壁面坞内或水下人工清洗附着物费用昂贵且周期长的问题,设计一种履带式水下清洗机器人。通过建立机器人的静力学模型,求解机器人所需静态稳定条件下的最小吸附力,借助Maxwell仿真求解优化限定尺寸下,采用N-S正反充磁和Halbach磁路的成组永磁体最佳性能的尺寸参数。结果表明,优化后Halbach磁路成组的永磁体可以满足油漆层和附着物总厚度不超过10 mm,而N-S正反充磁成组的磁体只能满足总厚度不超过6 mm的安全附壁。制造功能样机实验验证了机器人可以满足10mm以内间距的附壁要求,为下一步机器人的工程性应用奠定基础。 展开更多

关键词 水下清洗机器人 永磁吸附 静力学 N-S充磁 Halbach磁路

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七功能水下液压机械臂设计 被引量：1

7

作者 赵飞 姚震球 凌宏杰 《船海工程》 北大核心 2024年第1期52-56,共5页

针对有缆遥控水下机器人上要求搭载的机械臂占地面积小、动作范围大的问题,对包括偏转和俯仰在内的6自由度位置变化及抓取的7功能水下液压机械臂进行设计、仿真以及实验分析,利用多目标优化模型对抓取卡爪进行设计,计算液压缸最短行程时... 针对有缆遥控水下机器人上要求搭载的机械臂占地面积小、动作范围大的问题,对包括偏转和俯仰在内的6自由度位置变化及抓取的7功能水下液压机械臂进行设计、仿真以及实验分析,利用多目标优化模型对抓取卡爪进行设计,计算液压缸最短行程时,可实现的卡爪开合范围;建立机械臂的D-H参数模型,对机械臂的正运动进行求解,采用Matlab软件仿真分析6个活动关节的运动姿态;搭建功能样机和工程样机开展机械臂的陆上动作及水下试验验证,结果表明,机械臂的6个活动关节位置、速度以及加速度曲线都光滑平顺、无突变,无超调现象;机械臂含抓取卡爪的结构设计合理。 展开更多

关键词 机械臂 抓取卡爪 运动学分析 D-H参数法 MATLAB仿真

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基于变频调速技术的化工电机控制电路设计——评《化工设备维护与检修》

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作者 王红林 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期I0002-I0002,共1页

随着电力电子技术及自动控制技术的快速发展,变频调速技术作为一种能够改变电机频率和电压的新技术得到工业界广泛重视。目前,变频调速技术已经广泛用于化工行业的电力电子设备中,它改变了直流电机调速固有的缺点,保证了电力电子设备稳... 随着电力电子技术及自动控制技术的快速发展,变频调速技术作为一种能够改变电机频率和电压的新技术得到工业界广泛重视。目前,变频调速技术已经广泛用于化工行业的电力电子设备中,它改变了直流电机调速固有的缺点,保证了电力电子设备稳定、安全运行同时,还减少了电力电子设备的耗能。 展开更多

关键词 电力电子设备 自动控制技术 直流电机调速 化工设备 电力电子技术 变频调速技术 维护与检修 化工行业

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履带式爬壁机器人运动学建模与磁吸附设计

9

作者 赵飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第5期837-843,共7页

针对搭载高压水射流装置的履带式爬壁机器人附壁稳定性问题,结合设计的爬壁机器人的结构特点,建立了爬壁机器人吸附在船舶壁面时的运动学模型,分析并求解了影响爬壁机器人附壁性能的各个因素,并对其磁吸附单元进行设计,分析磁吸附单元在... 针对搭载高压水射流装置的履带式爬壁机器人附壁稳定性问题,结合设计的爬壁机器人的结构特点,建立了爬壁机器人吸附在船舶壁面时的运动学模型,分析并求解了影响爬壁机器人附壁性能的各个因素,并对其磁吸附单元进行设计,分析磁吸附单元在N-S充磁和Halbach充磁方向时磁力与间隙关系。借助拉伸试验机对永磁吸附单元进行试验,验证了磁吸附单元的可靠性。并对搭建的功能性样机,开展室内水平行走、垂直爬壁和1∶1实船模型爬壁试验,验证了分析结果的正确性,为履带式爬壁机器人进一步结构优化设计和动力学分析提供了基础。 展开更多

关键词 爬壁机器人 磁吸附 HALBACH阵列 运动学

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履带式船用水下观察机器人设计与吸附分析

10

作者 赵飞 《机床与液压》 北大核心 2024年第10期134-141,共8页

为了解决船体壁面附着物及锈蚀检测不便等问题,对履带式船用水下观察机器人开展设计与吸附分析。基于设计指标和总体结构,建立机器人运动学模型,求解机器人在直线下滑和纵向倾覆状态下单块磁体所需的理论最小吸附力。利用Maxwell对磁体... 为了解决船体壁面附着物及锈蚀检测不便等问题,对履带式船用水下观察机器人开展设计与吸附分析。基于设计指标和总体结构,建立机器人运动学模型,求解机器人在直线下滑和纵向倾覆状态下单块磁体所需的理论最小吸附力。利用Maxwell对磁体模型参数进行优化,并对履带组件上布置单块磁体、N-S正反充磁2块磁体和3块磁体分别进行仿真,确定采用N-S正反充磁布置。最后制造功能样机进行实验验证。结果表明:机器人静态不失稳主要取决于其纵向倾覆状态,陆上行走单块磁体理论吸附力要达到230 N,水下运动要达到140 N;磁体模型参数确定为背板厚度3.5 mm、磁体厚度13 mm、仿真及实验船板厚度5 mm;优化后单块磁体与金属壁面满足5 mm以内的接触间距,相邻两块N-S正反方向充磁布置,等效单块磁体与金属壁面满足6.5 mm以内的接触间距;搭建样机验证了机器人设计指标的有效性,同时利用刮泥板有效限制附着物厚度,磁体与金属壁面在接触间距内实现可靠吸附。 展开更多

关键词 水下机器人 观察型 履带式 运动学 吸附力

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气动夹钳单元压力迟滞分析及设计优化

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作者 赵飞 《铁道机车车辆》 北大核心 2024年第4期51-57,共7页

针对气动夹钳单元在制动阶段和缓解阶段存在压力迟滞问题,选取典型的气动夹钳单元,开展了在25、0、-40、-45℃环境温度下系统的迟滞特性试验,验证了气动夹钳单元在不同环境温度下压力迟滞变化规律。利用一阶线性拟合和二阶多项式拟合方... 针对气动夹钳单元在制动阶段和缓解阶段存在压力迟滞问题,选取典型的气动夹钳单元,开展了在25、0、-40、-45℃环境温度下系统的迟滞特性试验,验证了气动夹钳单元在不同环境温度下压力迟滞变化规律。利用一阶线性拟合和二阶多项式拟合方法对试验数据进行分析,结合系统内耗功,提出了在设计阶段更为精确地确定气动夹钳单元气压与输出力值的关系公式。分析了制动缸和气动夹钳系统摩擦内耗所有影响阻力,并开展了部分结构设计优化,为进一步结构优化奠定了理论基础。 展开更多

关键词 气动夹钳 压力迟滞 数据拟合 设计优化 摩擦内耗

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五相磁通切换永磁电机滑模控制 被引量：5

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作者 唐红雨 赵文祥 姜庆旺 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期51-58,共8页

针对传统五相磁通切换永磁电机控制方法的不足,提出一种新颖的小波滑模控制算法,在分析五相磁通切换永磁的工作原理和数学模型基础上,以五相电机转子速度和负载转矩为观测对象,以速度误差为基本变量,设计具有积分和小波运算功能的滑模面... 针对传统五相磁通切换永磁电机控制方法的不足,提出一种新颖的小波滑模控制算法,在分析五相磁通切换永磁的工作原理和数学模型基础上,以五相电机转子速度和负载转矩为观测对象,以速度误差为基本变量,设计具有积分和小波运算功能的滑模面,利用小波多尺度因子和指数趋近律调节滑模切换过程,减少滑模抖振,给出了q轴电流的控制律,同时为抑制五相磁通切换永磁电机定位力矩的不利影响,设计注入补偿电流方法,减少了转速和转矩脉振。仿真和实验结果表明所提出的滑模控制方法可以提高五相电机系统的稳定性和动态性能,提高对负载转矩变化的鲁棒性。 展开更多

关键词 磁通切换 永磁电机 滑模控制 电流 小波 脉振

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六自由度水下机械臂设计与分析 被引量：6

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作者 赵飞 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第8期1248-1258,共11页

为了解决有缆水下机器人(ROV)上搭载的机械臂作业范围不大、水下作业能力有限的问题,对六自由度(6-DOF)水下机械臂进行了研究,设计了一种带有平动开合功能夹持手爪的六自由度水下机械臂,实现了主手对从手的关节驱动器(液压缸或摆动缸)... 为了解决有缆水下机器人(ROV)上搭载的机械臂作业范围不大、水下作业能力有限的问题,对六自由度(6-DOF)水下机械臂进行了研究,设计了一种带有平动开合功能夹持手爪的六自由度水下机械臂,实现了主手对从手的关节驱动器(液压缸或摆动缸)进行位置控制的目的。首先,基于多目标优化规则对夹持手爪进行了计算,求解出液压缸最短行程在20 mm时即可实现手爪的120 mm平动开合范围目标;然后,建立了六自由度机械臂活动关节的D-H数学模型,对机械臂的正、逆运动学进行了求解;最后,采用Solid works软件对设计的机械臂进行了干涉检查,并利用MATLAB软件仿真分析了6个活动关节的运动轨迹,采用蒙特卡洛法求解了机械臂的工作空间范围,并进行了样机测试和水下实验。研究结果表明:机械臂的仿真模型位姿与三维模型位姿一致,机械臂的6个活动关节速度和加速度曲线都是光滑平顺的、无突变点,不存在超调现象;设计的六自由度水下机械臂夹持手爪可以按照预定指令进行120 mm开合运动,ROV上的从机械臂能够跟随主机械臂运动,加减速性能良好,各关节转角范围满足设计要求,可为下一步机械臂的结构优化奠定基础。 展开更多

关键词 有缆水下机器人 水下机械臂 位置控制 夹持手爪 活动关节 MATLAB仿真

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船舶电力推进系统无刷直流电机控制技术 被引量：2

14

作者 王红林 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第12期89-92,共4页

由于无刷直流电机具有高效率、长寿命、低噪声、平稳转速和高输出转矩等优点,已经成为船舶电力推进系统中不可或缺的一部分。本文针对BLDCM的速度环和电流环响应效果,研究相应的硬件和软件系统,采取传统的PID算法和现代模糊控制算法,构... 由于无刷直流电机具有高效率、长寿命、低噪声、平稳转速和高输出转矩等优点,已经成为船舶电力推进系统中不可或缺的一部分。本文针对BLDCM的速度环和电流环响应效果,研究相应的硬件和软件系统,采取传统的PID算法和现代模糊控制算法,构建基于DSP的船舶直流无刷电机控制装置。实验结果表明,采用模糊PID算法进行电机控制能够实现更小的输出转矩脉动和更高的转速,同时使得该系统在船舶电力推进系统中变得更加稳定可靠,能够满足实际应用中的需求。 展开更多

关键词 推进系统 无刷直流电机 DSP 模糊PID算法

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乡村振兴背景下特色农产品产业融合发展问题研究 被引量：7

15

作者 王琳芝 《南方农机》 2021年第19期97-100,111,共5页

近年来,在江苏省全面落实乡村振兴战略的过程中,特色农产品产业融合发展成为重要的基础保障,以特色农产品产业为基础分析产业融合发展问题并探索最佳的融合发展策略成为必然的发展趋势。为此,相关部门应予以充分的重视,在产业融合发展... 近年来,在江苏省全面落实乡村振兴战略的过程中,特色农产品产业融合发展成为重要的基础保障,以特色农产品产业为基础分析产业融合发展问题并探索最佳的融合发展策略成为必然的发展趋势。为此,相关部门应予以充分的重视,在产业融合发展的同时打造特色化的集群,增强品牌发展的影响力,形成科技方面与人才方面的支持,推进乡村振兴战略的实施。 展开更多

关键词 江苏省 乡村振兴 特色农产品 产业融合发展

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大型船舶直线航迹自校正控制研究

16

作者 王红林 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第18期158-161,共4页

随着科技的发展,大型船舶的操控技术也随之变得越来越先进。为保证大型船舶在操纵和停靠过程中能够安全航行,加强大型船舶的航迹研究具有十分重要的意义。一般而言,影响大型船舶直线航迹的因素有航道条件、大型船舶密度和气象条件等,因... 随着科技的发展,大型船舶的操控技术也随之变得越来越先进。为保证大型船舶在操纵和停靠过程中能够安全航行,加强大型船舶的航迹研究具有十分重要的意义。一般而言,影响大型船舶直线航迹的因素有航道条件、大型船舶密度和气象条件等,因此以航迹自校正控制系统的技术为切入口,对大型船舶的操纵技术展开研究,并由此提出相关完善策略,为大型船舶在复杂海域以及风浪海域中的安全航行提供技术支持。 展开更多

关键词 大型船舶 直线航迹 自校正控制系统

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六自由度水下作业机械手设计与轨迹规划

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作者 赵飞 《机械设计与制造》 2025年第11期295-298,共4页

在设计阶段,对水下作业机械手各关节运动情况和轨迹加以分析,有助于后续结构的优化和改进,根据设计的结构参数,采用D-H参数法进行数学建模。在一维空间内,分析常用多项式插值对水下机械手的适用性,最终确定采用五次多项式插值方法,借助M... 在设计阶段,对水下作业机械手各关节运动情况和轨迹加以分析,有助于后续结构的优化和改进,根据设计的结构参数,采用D-H参数法进行数学建模。在一维空间内,分析常用多项式插值对水下机械手的适用性,最终确定采用五次多项式插值方法,借助Matlab软件对水下机械手进行轨迹规划仿真,求解的关节转角、速度和加速度曲线光滑平顺,无突变,可保证水下机械手运动平稳。通过单调和联调的水下机械手能够跟随主臂机械手运动,达到了预期效果,实现了预定设计目标。 展开更多

关键词 水下机械手 轨迹规划 Matlab仿真

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