【摘 要】
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大型船舶作为水路运输的主要载体常常因为在海中长时间航行,使得被海水淹没的船体外壁会生长藤壶、海藻等附着物,不仅会伤害船体表面结构,还会增加船舶的能源消耗。船体表面清洗机器人可以对船体表面进行高效的清洗和维护,但现阶段清洗机器人并不能完全满足相应工况需求。高效的船体表面清洗机器人应当具有较高的曲面适应性、磁吸附效率、运动稳定性等性能。本文以提高船体表面清洗机器人工作效率为研究目标,针对船体清洗机器人
【基金项目】
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国家重点研发计划(2017YFB1301300)
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大型船舶作为水路运输的主要载体常常因为在海中长时间航行,使得被海水淹没的船体外壁会生长藤壶、海藻等附着物,不仅会伤害船体表面结构,还会增加船舶的能源消耗。船体表面清洗机器人可以对船体表面进行高效的清洗和维护,但现阶段清洗机器人并不能完全满足相应工况需求。高效的船体表面清洗机器人应当具有较高的曲面适应性、磁吸附效率、运动稳定性等性能。本文以提高船体表面清洗机器人工作效率为研究目标,针对船体清洗机器人的曲面适应性、磁吸附效率、运动稳定性三个关键性能,对本课题组内现有清洗机器人进行分析与优化。具体内容如下:(1)为提高清洗机器人的曲面适应性能,本文建立了多工况状态下的清洗机器人曲面运动模型,分别从纵向、横向、转向三种运动姿态对清洗机器人进行曲面运动特性分析。得到清洗机器人在曲面工况下,其俯仰角与翻转角和曲面曲率半径之间关系。根据上述分析结果,提出一种适用于大曲率半径壁面工况的清洗机器人的改进方法,并对该改进方法进行了试验验证。(2)为提高清洗机器人的磁吸附效率,本文分别从磁吸附单元的磁路与结构参数两方面对磁吸附效率进行分析。通过四种磁吸附单元磁路的对比,选取易于加工、装配且吸附效率较高的磁路。此外,基于试验设计方法、代理模型方法和敏感性分析方法,对磁吸附单元进行参数分析,得到磁吸附单元各参数与磁力的关系表达式,并量化分析各参数对磁力的敏感程度。(3)为提高清洗机器人的行走稳定性能,本文通过建立优化模型的方法对磁吸附单元进行优化设计。首先,建立考虑磁力变化的动力学仿真模型,并通过试验对其进行验证。然后,采用试验设计方法和代理模型方法得到优化模型的显式目标函数。对机器人进行受力分析,得到单个磁吸附单元应当提供的最小磁力,并以此作为优化模型的约束条件。综合上述分析,建立优化模型并求解,得到磁吸附单元的最优尺寸。
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