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[期刊论文] 杨超 郭佳 张铭钧
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:研究了作业型AUV(自主水下机器人)的轨迹跟踪控制问题.实际作业中,水下机械手展开作业过程将引起AUV动力学性能变化,进而影响AUV轨迹跟踪控制;并且水流环境干扰亦将影响AUV轨迹跟踪控制.针对上述AUV轨迹跟踪控制问题,提出一种基于RBF(径向基函数)神经网络的AUV自适应终端滑模运动控制方法.该方法在李亚普诺夫稳定性理论框架下,采用RBF网络对机械手展开引起的AUV动力学性能变化和水流环境干扰进行在线逼近,并结合自适应终端滑模控制器对神经网络权值和AUV控制参数进行自适应在线调节.通过李亚普诺夫稳定性理论,证明AUV系统轨迹跟踪误差一致稳定有界.针对滑模控制项引起的控制量抖振问题,提出一种变滑模增益的饱和连续函数滑模抖振降低方法,以降低滑模控制量抖振.通过AUV实验样机的艏向和垂向的轨迹跟踪实验,验证了本文AUV系统控制方法和滑模降抖振方法的有效性....
[硕士论文] 郭佳
核科学与技术 哈尔滨工程大学 2019(学位年度)
[专利] 实用新型 CN201620156199.1
摘要:本实用新型提供一种基于可控单向阀串联结构的深海海水保压取样器,属于海洋技术仪器设备领域,通过在取样筒前端的管路中反向串联了两个可控单向阀(电磁单向阀和手动单向阀)来实现无污染取样、保压取样以及样品等压转移,通过在样品筒后增加压力补偿筒的方式实现对样品腔压力连续、无突变的补偿,通过在取样活塞与补偿活塞之间充满洁净的海水以及在连接体中央加工节流孔的方法实现无压力突变取样,通过在补偿筒端盖上安装单向阀组件和堵头来增加取样器可靠性。取样器中所有静连接都采用O型圈端面密封以增加取样器的密封性能。本实用新型结构紧凑,附属设备少,取样触发信号简单,特别适合配备AUV进行深海海水样品的采集。
[专利] 发明专利 CN201610115671.1
摘要:本发明提供一种基于可控单向阀串联结构的深海海水保压取样器,属于海洋技术仪器设备领域,通过在取样筒前端的管路中反向串联了两个可控单向阀(电磁单向阀和手动单向阀)来实现无污染取样、保压取样以及样品等压转移,通过在样品筒后增加压力补偿筒的方式实现对样品腔压力连续、无突变的补偿,通过在取样活塞与补偿活塞之间充满洁净的海水以及在连接体中央加工节流孔的方法实现无压力突变取样,通过在补偿筒端盖上安装单向阀组件和堵头来增加取样器可靠性。取样器中所有静连接都采用O型圈端面密封以增加取样器的密封性能。本发明结构紧凑,附属设备少,取样触发信号简单,特别适合配备AUV进行深海海水样品的采集。
[专利] 实用新型 CN201520949854.4
摘要:本实用新型提供一种高压气体喷射浮力球装置,包括端盖、缸体、工字型连杆活塞、弹簧、浮力球和高压气瓶,所述缸体的下端与端盖固定连接且在连接处设置有O型密封圈,端盖的下端设置有稳压阀,稳压阀通过钛管与高压气瓶相连,所述端盖、工字型连杆活塞将缸体由下至上分成第一腔体、第二腔体和第三腔体,所述工字型连杆活塞的小端与缸体接触且在接触处设置有密封圈,弹簧的一端安装在端盖的中心处、弹簧的另一端与工字型连杆活塞的大端的中心位置接触,所述工字型连杆活塞上还安装有安全阀,且安全阀位于第二腔体内,所述浮力球设置在第三腔体内并与对应缸体的上段过盈配合,且第三腔体的缸体设置成阶梯形状,即第三腔体下部的内径小于第三腔体上部的内径,浮力球上设置有拉绳,拉绳的另一端与被回收的运载器相连。本实用新型依靠高压气体喷射的方法,具有可靠性高、冲击力强、可调节范围大等优点。
[专利] 发明专利 CN201510834838.5
摘要:本发明提供一种高压气体喷射浮力球装置,包括缸体,端盖,稳压阀,安全阀,工字形连杆活塞,高压气瓶,浮力球,当水下运载器正常作业时,本发明能保持浮力球的未释放状态;当水下运载器完成作业浮上水面时,控制系统通过施加信号,打开稳压阀,使高压气体进入缸体内;当缸内气体达到一定压力时,安全阀打开,气体充满缸体,利用活塞两端受力不平衡的方式使活塞运动,从而将处于密闭空间内的高压气体作用在浮力球上,并将其喷射到距运载器一定距离的水面处。回收人员就能够在与运载器保持一定安全距离的前提下顺利回收运载器。本发明依靠高压气体喷射的方法,具有可靠性高、冲击力强、可调节范围大等优点。
[专利] 实用新型 CN201520754002.X
摘要:本实用新型的目的在于提供双摆式波浪能发电单元结构,包括箱式波浪能提取装置、机械传递装置、能量存储装置以及能量转换装置。箱式波浪能提取装置将波浪的动能通过摆板转化为摆板转轴往复转动的动能进行传递;机械传递装置将摆板转轴的往复转动转化为单向转动同时解决了两个摆板运动速度不同步造成的运动合成问题;能量存储装置起到能量存储作用,用来稳定转速、减小波浪冲击的影响;发电装置将机械能转化为最终的电能。本实用新型解决了传统箱式摆动波浪能发电装置每个摆箱安装一个发电机造成的资源浪费,将两个摆箱的能量进行合成后进行统一发电,可以吸收全波浪作用在摆板上的波浪力,大幅提高转换效率。
[专利] 实用新型 CN201520256153.2
摘要:本实用新型的目的在于提供一种水下运载器用浮力球弹射装置,以弹簧提供原动力,它包括浮力球定位部分,杠杆转换部分,浮力球释放部分。机械本体提供水下运载器与该弹射装置之间的连接平台。当水下运载器正常作业时,该装置通过鹰头钩的约束能够安全的保持未释放状态;当水下运载器完成作业浮上水面时,控制系统通过施加信号使失电电磁铁通电失磁,从而使鹰头钩受力不平衡发生偏转,失去对浮力球的约束作用,进而浮力球就在弹簧的弹力作用下弹出距运载器一定距离的水面处,这样回收人员就能够在与运载器保持一定安全距离的前提下顺利回收运载器。本实用新型依靠机械方法定位和释放,具有结构紧凑、安全、可靠等优点。
[专利] 实用新型 CN201520216257.0
摘要:本实用新型的目的在于提供绳拉式自动脱钩装置,主要包括钩体、旋转挡轴、可随转轴转动的挡块、移动销、转动扳手以及弹簧等。该装置主要以弹簧力和人通过细长绳对移动销的拉力以及吊装物自身的重力作为动力来源。当拉紧细长绳时移动销向上移出销孔,转动挡轴在扭簧力的作用下发生转动,挡块落下从而使吊装物的吊耳脱出。本实用新型主要用于实现当水下机器人起吊时操作人员可以在岸上或船上等一定距离外对水下机器人进行脱钩释放操作的功能,不仅避免操作人员下海进行近距离操作,同时确保操作人员的安全。
[专利] 发明专利 CN201510623101.9
摘要:本发明的目的在于提供双摆式波浪能发电单元结构,包括箱式波浪能提取装置、机械传递装置、能量存储装置以及能量转换装置。箱式波浪能提取装置将波浪的动能通过摆板转化为摆板转轴往复转动的动能进行传递;机械传递装置将摆板转轴的往复转动转化为单向转动同时解决了两个摆板运动速度不同步造成的运动合成问题;能量存储装置起到能量存储作用,用来稳定转速、减小波浪冲击的影响;发电装置将机械能转化为最终的电能。本发明解决了传统箱式摆动波浪能发电装置每个摆箱安装一个发电机造成的资源浪费,将两个摆箱的能量进行合成后进行统一发电,可以吸收全波浪作用在摆板上的波浪力,大幅提高转换效率。
[专利] 发明专利 CN201510201019.7
摘要:本发明的目的在于提供一种水下运载器用浮力球弹射装置,以弹簧提供原动力,它包括浮力球定位部分,杠杆转换部分,浮力球释放部分。机械本体提供水下运载器与该弹射装置之间的连接平台。当水下运载器正常作业时,该装置通过鹰头钩的约束能够安全的保持未释放状态;当水下运载器完成作业浮上水面时,控制系统通过施加信号使失电电磁铁通电失磁,从而使鹰头钩受力不平衡发生偏转,失去对浮力球的约束作用,进而浮力球就在弹簧的弹力作用下弹出距运载器一定距离的水面处,这样回收人员就能够在与运载器保持一定安全距离的前提下顺利回收运载器。本发明依靠机械方法定位和释放,具有结构紧凑、安全、可靠等优点。
[专利] 发明专利 CN201510169687.6
摘要:本发明的目的在于提供绳拉式自动脱钩装置,主要包括钩体、旋转挡轴、可随转轴转动的挡块、移动销、转动扳手以及弹簧等。该装置主要以弹簧力和人通过细长绳对移动销的拉力以及吊装物自身的重力作为动力来源。当拉紧细长绳时移动销向上移出销孔,转动挡轴在扭簧力的作用下发生转动,挡块落下从而使吊装物的吊耳脱出。本发明主要用于实现当水下机器人起吊时操作人员可以在岸上或船上等一定距离外对水下机器人进行脱钩释放操作的功能,不仅避免操作人员下海进行近距离操作,同时确保操作人员的安全。
[专利] 实用新型 CN201520216240.5
摘要:本实用新型提供一种作业型水下机器人重心调节装置,涉及水下机器人应用领域,旨在为水下机器人系统提供一种可靠的有效的重心调节装置,以平衡水下机器人系统作业时因机械手展开而产生的倾覆力矩或调节水下机器人的运动姿态,通过步进电机经一级锥齿轮传动,利用丝杠螺母传动原理调节重块的位置,位置检测传感器随重块一同运动,可以实时检测重块在密封筒体内的位置。本实用新型充分利用了水下机器人本体内部的有效空间,可以用于控制水下机器人的作业平衡与运动姿态,实现水下机器人的俯仰姿态控制或横滚姿态控制,且具有体积小,结构紧凑、可靠,调节精度高的优点,适用于作业型水下机器人作业平衡与姿态控制。
[硕士论文] 郭佳
机械工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:随着海洋开发进程的加快,水下机器人的应用范围逐渐扩大,其在海洋环境中的作业能力也引起了国内外许多科研机构的重视。作业型水下机器人是一种通过搭载机械手来执行作业任务的水下机器人,在资源勘探、水下工程等方面有良好的应用前景。然而,作业型水下机器人在执行作业任务时,机械手的展开会引起载体动力学性能变化,使机器人在水中的受力情况发生改变。这种变化将影响水下机器人姿态和运动控制精度,直接影响其作业稳定性及成功率。因此,研究作业型水下机器人机械手展开对载体动力学性能的影响,以及作业型水下机器人的运动控制技术,对于提高其作业能力具有重要的研究意义和实用价值。
  为能够通过载体进行水池实验来验证作业型水下机器人运动控制方法的有效性,本文研制“UVIC-I”(Underwater Vehicle Intelligent Control)号自治式水下机器人实验平台。在平台研制过程中,本文主要设计机器人的总体结构、耐压舱体及主体支架等,并为确保零部件强度可靠,利用Ansys Workbench进行强度分析;为使水下机器人实时获取相关状态信息,选取载体上需要搭载的相关位姿传感器;为使水下机器人实现纵向、横向、升沉、横倾、纵倾、转艏等六自由度的基本运动,选取载体所用推进器并确定其布置方式;根据对“UVIC-I”号水下机器人的运动控制要求,设计其软、硬件控制系统。
  为分析水下机器人的运动规律并为后续仿真研究提供支持,本文研究六自由度水下机器人的运动学与受力情况,建立“UVIC-I”号水下机器人的动力学模型。为确定“UVIC-I”号水下机器人机械手展开前艏向及垂向的动力学模型中各参数值,本文通过水池实验对模型中的参数进行辨识。为后续验证本文方法逼近模型改变量的效果提供支持,本文在其中一种展手状态下对载体动力学模型参数进行辨识。为验证辨识得出的载体动力学模型的性能,本文利用“UVIC-I”号水下机器人实验平台进行艏向及垂向动力学模型水池实验。
  针对作业型水下机器人系统强耦合、非线性、参数时变的特点,本文分析滑模控制原理和滑模控制器的设计条件,通过利用饱和函数代替符号函数减小系统抖振,并采用RBF网络逼近由机械手展开造成的动力学模型改变量,设计一种 RBF(Radial Basis Function)网络自适应滑模控制器。为验证该控制器的可行性,本文通过Matlab/Simulink进行机械手展开前后的载体艏向和垂向运动控制仿真实验,并与常规滑模控制器的仿真结果对比。
  为验证RBF网络自适应滑模控制器对作业型水下机器人的运动控制效果,本文利用“UVIC-I”号水下机器人实验平台进行多种水池运动控制实验,并与常规滑模控制器的实验结果进行对比。为验证控制器对载体单自由度运动的控制效果,本文利用“UVIC-I”号水下机器人实验平台分别进行艏向和垂向运动控制水池实验。为验证控制器对联合运动的控制效果,本文进行载体艏向及垂向联合运动控制水池实验,并与单自由度运动时的控制效果进行对比。为验证控制器抵抗外界干扰的能力,本文进行模拟海流干扰下的载体艏向及垂向联合运动控制水池实验,并与无干扰时的控制效果进行对比。
[专利] 发明专利 CN201510169648.6
摘要:本发明提供一种作业型水下机器人重心调节装置,涉及水下机器人应用领域,旨在为水下机器人系统提供一种可靠的有效的重心调节装置,以平衡水下机器人系统作业时因机械手展开而产生的倾覆力矩或调节水下机器人的运动姿态,通过步进电机经一级锥齿轮传动,利用丝杠螺母传动原理调节重块的位置,位置检测传感器随重块一同运动,可以实时检测重块在密封筒体内的位置。本发明充分利用了水下机器人本体内部的有效空间,可以用于控制水下机器人的作业平衡与运动姿态,实现水下机器人的俯仰姿态控制或横滚姿态控制,且具有体积小,结构紧凑、可靠,调节精度高的优点,适用于作业型水下机器人作业平衡与姿态控制。
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