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深海ROV及其作业系统综述 被引量:55
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作者 晏勇 马培荪 +1 位作者 王道炎 高雪官 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期82-89,共8页
介绍了目前世界上主要的深海ROV及其作业系统配置情况 ,以便为ROV作业系统的总体设计提供相关参考 .然后分别针对水下机械手的研制思路和水下作业工具的研究状况及难点等进行了分析与评述 ,给出了相关建议 .
关键词 水下机器人 ROV 作业系统 机械手 作业工具
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深海液压技术应用与研究进展 被引量:22
2
作者 刘银水 吴德发 +1 位作者 李东林 邓亦攀 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第20期14-23,共10页
液压传动(包括油液压和水液压)具有刚性好、结构紧凑、承载能力高、功率重量比大、响应速度快等突出优点,在深海高压环境下压力补偿相对容易;同时,液压传动的失效模式为渐进式(如压力、流量逐渐下降等),给设备操作人员提供预警时间,可... 液压传动(包括油液压和水液压)具有刚性好、结构紧凑、承载能力高、功率重量比大、响应速度快等突出优点,在深海高压环境下压力补偿相对容易;同时,液压传动的失效模式为渐进式(如压力、流量逐渐下降等),给设备操作人员提供预警时间,可有效避免突发式的故障,提高设备的安全性,因此,液压技术在深海装备上得到了广泛的应用。在分析液压技术在深海装备中应用的优点的基础上,概述其国内外研究现状,介绍深海液压技术的几个典型应用:(1)潜水器浮力调节系统;(2)水下作业工具;(3)水下作业机械手。最后,对深海液压技术存在的问题进行了分析和展望,指出深海环境下介质特性变化和结构形变是需要关注的两个重要问题;随着元器件不断丰富和成熟,海水液压技术会在深海装备中发挥更大的作用。 展开更多
关键词 液压传动 海水液压 深海装备 浮力调节 水下作业工具 水下作业机械手
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基于模糊RBF神经网络的水下机械臂控制研究 被引量:15
3
作者 袁凯 刘延俊 +1 位作者 孙景余 罗星 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2019年第6期675-682,共8页
针对水下复杂工作环境下机械臂控制性能易受影响,而传统控制方法效果不佳的问题,提出了一种基于模糊RBF(radial basis function,径向基函数)神经网络的智能控制器,用于精确、稳定地控制水下机械臂。考虑到在水扰动环境下,机械臂通常受... 针对水下复杂工作环境下机械臂控制性能易受影响,而传统控制方法效果不佳的问题,提出了一种基于模糊RBF(radial basis function,径向基函数)神经网络的智能控制器,用于精确、稳定地控制水下机械臂。考虑到在水扰动环境下,机械臂通常受到附加质量力、水阻力和浮力的影响,运用拉格朗日法和Morison方程,建立包含水动力项的二杆机械臂动力学模型,通过模糊RBF神经网络对水下机械臂动力学方程中的水动力不确定项进行总体识别并拟合,利用模糊系统启发式搜索和RBF神经网络推理速度较快的优点,使水下机械臂系统具有较高的控制精度和较强的自适应性。考虑到水动力项,采用Lyapunov稳定性理论验证了水下机械臂系统的稳定性。最后利用MATLAB对二杆机械臂进行轨迹跟踪控制仿真实验,并对比模糊RBF神经网络与常规RBF神经网络识别方法和传统模糊控制方法的控制效果。仿真结果表明:与常规RBF神经网络识别方法相比,模糊RBF神经网络控制下二杆机械臂关节1的响应时间缩短了91%,相对误差减小了88%,关节2的响应时间缩短了92%,相对误差降低了77%;与传统模糊控制方法相比,关节1的相对误差减小了65%,关节2的相对误差减小了10%。研究结果表明模糊RBF神经网络的控制效果优于常规RBF神经网络识别方法和传统模糊控制方法,可为水下机械臂的控制提供一种精度较高、较有效的方法。 展开更多
关键词 模糊控制 RBF神经网络 水下机械臂 控制特性
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水产养殖水下机器人研究进展 被引量:13
4
作者 夏英凯 朱明 +2 位作者 曾鑫 王懿偲 齐湘洪 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期85-97,共13页
水产养殖是世界范围内食品领域发展最快的行业之一,为人类提供了超过一半的水产品。但是,水产养殖目前面临机械化、自动化程度较低以及产量及效率不高等问题,因此迫切需要转型升级。水下机器人是一种机动灵活的水下作业装备,与传统的水... 水产养殖是世界范围内食品领域发展最快的行业之一,为人类提供了超过一半的水产品。但是,水产养殖目前面临机械化、自动化程度较低以及产量及效率不高等问题,因此迫切需要转型升级。水下机器人是一种机动灵活的水下作业装备,与传统的水下作业手段相比,在作业方式、范围、适应能力等方面具有明显的优势,应用于水产养殖监测及作业后,有望改变现有养殖模式,推进水产养殖业向机械化、工程化、智慧化、智能化转型,缓解水产养殖业的发展危机。尽管水下机器人近年来得到了蓬勃发展,但是目前在水产养殖业的推广应用仍非常有限,而且尚有诸多技术瓶颈未得到解决。本文面向水产养殖水下机器人的应用实际,对水质监测、视频监控及传输、目标识别与定位、高精度水下导航、智能规划与控制、机器人-机械手系统精准作业等关键技术进行了详细分析,并展望了未来的发展方向,以期为水产养殖水下机器人的研究和应用提供综合性参考。 展开更多
关键词 精准水产养殖 水下机器人 水质监测 目标识别定位 智能规划控制 图像捕捉与采集 柔性机械手
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水下机械手分数阶积分滑模轨迹跟踪控制方法研究 被引量:13
5
作者 黄道敏 韩丽君 +2 位作者 唐国元 周曾成 徐国华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期1513-1518,共6页
针对未知有界外部干扰下水下机械手的轨迹跟踪问题,提出了一种分数阶积分滑模控制方法。该方法采用了基于分数阶积分滑模面的指数趋近律,考虑外部扰动,在模型中添加了外部扰动的近似估计项,使得系统可以实现快速收敛,且具有较强的抗干... 针对未知有界外部干扰下水下机械手的轨迹跟踪问题,提出了一种分数阶积分滑模控制方法。该方法采用了基于分数阶积分滑模面的指数趋近律,考虑外部扰动,在模型中添加了外部扰动的近似估计项,使得系统可以实现快速收敛,且具有较强的抗干扰能力。利用李雅普诺夫理论证明了该方法的稳定性。对六自由度水下机械手的跟踪问题进行了仿真,结果表明,该控制方法具有良好的轨迹跟踪能力,且对外部干扰表现出良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 水下机械手 轨迹跟踪 分数阶积分滑模控制 指数趋近律
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深海作业型带缆水下机器人关键技术综述 被引量:13
6
作者 吴杰 王志东 +1 位作者 凌宏杰 姚震球 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第4期1-12,共12页
带缆水下机器人是深海勘探或采油的重要工具之一.近年来,国内外学者对其开展了广泛研究,部分成果已应用于工业生产环境.针对带缆水下机器人,从总体设计、脐带缆动力学、水动力性能、运动姿态控制以及水下机械手和作业装备等研究现状以... 带缆水下机器人是深海勘探或采油的重要工具之一.近年来,国内外学者对其开展了广泛研究,部分成果已应用于工业生产环境.针对带缆水下机器人,从总体设计、脐带缆动力学、水动力性能、运动姿态控制以及水下机械手和作业装备等研究现状以及发展趋势进行分析综述.在总体设计方面,市场化与低成本技术使水下机器人使用前景更加广阔,针对各类特定任务的轻型和重型水下机器人发展极快;在水动力方面,机器人本体与脐带缆和机械手的耦合效应非线性较强,目前本体动响应预测精度不足,导致基于运动反馈的控制算法效果欠佳;在控制方面,滑模控制算法由于不依赖动力学响应而获得了较多应用,而基于模糊理论和神经网格的方法验证不够充分;在深海作业方面,多个刚体铰链外加抓具的结构是水下机械手最为常见的形式.扩展工具成为机械手的强有力补充,使水下机器人在深海资源获取中越来越不可替代. 展开更多
关键词 带缆水下机器人 水动力性能 缆绳动力学 运动控制 水下机械手
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基于神经网络和模糊补偿的水下机械臂控制 被引量:9
7
作者 高阳 张晓晖 +2 位作者 高玉儿 尚婷 杨启航 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2022年第15期317-323,共7页
针对水下机械臂动力学模型建模复杂且滑模控制的抖振问题,利用Lagrange法和Morison方程精准建立二连杆串联水下机械臂的动力学模型,对模型中参数的不确定项使用4个RBF神经网络分别进行逼近,并且对摩擦项使用模糊控制进行补偿的方法,精... 针对水下机械臂动力学模型建模复杂且滑模控制的抖振问题,利用Lagrange法和Morison方程精准建立二连杆串联水下机械臂的动力学模型,对模型中参数的不确定项使用4个RBF神经网络分别进行逼近,并且对摩擦项使用模糊控制进行补偿的方法,精准迅速地实现了对水下机械臂控制系统跟踪控制。通过进行仿真分析,基于神经网络和模糊补偿控制的方法与滑模控制、整体RBF神经网络控制和分块RBF神经网络控制相比,控制系统的平均误差分别降低了85.5%、71.8%、93.1%。结果表明,此方法有效降低了控制系统的跟踪误差,并同时提高了稳态性和抗干扰性。 展开更多
关键词 水下机械臂 RBF神经网络 模糊补偿 动力学模型
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水下机器人多功能作业工具包 被引量:9
8
作者 滕宇浩 张将 刘健 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2002年第6期492-496,507,共6页
本文首先阐述了水下机器人作业工具包的重要性 ,重点研究了水下机械手的原理、功能及两种主要结构 .并以沈阳自动化所研制的缆控水下机器人为背景 。
关键词 水下机器人 工具包 机械手
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水下机械手的研发现状及发展趋势 被引量:10
9
作者 王璇 刘涛 高波 《机电产品开发与创新》 2012年第3期25-26,29,共3页
介绍了水下机械手的组成及其特点,对水下机械手的发展情况进行了概述,分析了当前研究中的关键技术,进一步探讨了水下机械手的发展趋势。
关键词 水下机械手 研发现状 发展趋势
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水下无人航行器机械手系统动力学建模与协调运动轨迹优化 被引量:9
10
作者 黄海 张国成 杨溢 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1437-1443,1451,共8页
针对水下无人航行器和机械手系统,研究了动力学建模与协调运动的轨迹优化技术.基于水下无人航行器和机械手系统的运动学模型,使用Newton-Eulerian方法反向递推得到系统的动力学模型,系统分析了恢复力矩和耦合作用力,并以动力学模型为基... 针对水下无人航行器和机械手系统,研究了动力学建模与协调运动的轨迹优化技术.基于水下无人航行器和机械手系统的运动学模型,使用Newton-Eulerian方法反向递推得到系统的动力学模型,系统分析了恢复力矩和耦合作用力,并以动力学模型为基础,通过对偶原理结合遗传算法建立了水下无人航行器和机械手系统协调运动的轨迹优化算法.仿真结果表明,在没有协调运动轨迹优化和航行器姿态控制的情况下,手臂的俯仰和摆动对航行器产生比较大的影响,所建立的协调运动轨迹优化算法通过航行器和机械手协调运动较大地减小了作业过程中恢复力矩对航行器的作用,使得航行器具有更多的控制力保持作业中的姿态并应付外界扰动,通过和微粒群算法的比较证明了该算法的优越性. 展开更多
关键词 水下无人航行器 机械手 动力学建模 运动轨迹优化
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流干扰下的水下机械手动力学建模分析 被引量:9
11
作者 肖治琥 徐国华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第21期2521-2526,共6页
研究了四功能深海电驱动机械手所受的水动力。以Morison公式为计算基础,利用拉格朗日方法,建立了流干扰下的水下机械手动力学模型。仿真研究了水阻力、浮力、定常流以及非定常流对水下机械手动力学的影响。结果表明,在各水动力影响因素... 研究了四功能深海电驱动机械手所受的水动力。以Morison公式为计算基础,利用拉格朗日方法,建立了流干扰下的水下机械手动力学模型。仿真研究了水阻力、浮力、定常流以及非定常流对水下机械手动力学的影响。结果表明,在各水动力影响因素中,浮力影响最大,流干扰次之,而水下机械手运动搅水引起的水动力甚微。 展开更多
关键词 水下机械手 动力学 水环境 流干扰
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水下机械手结构设计与研究 被引量:9
12
作者 安江波 孙昌将 凌华 《机械工程与自动化》 2009年第2期91-92,95,共3页
为了研究海洋环境下水下机械手智能控制相关技术,在分析了水下机械手工作环境及作业性能的基础上,研制了三自由度无人无缆自主式水下机器人用机械手实验样机。在分析了关节关键器件的基础上,进行了水下机械手驱动方式的设计,最后进行了... 为了研究海洋环境下水下机械手智能控制相关技术,在分析了水下机械手工作环境及作业性能的基础上,研制了三自由度无人无缆自主式水下机器人用机械手实验样机。在分析了关节关键器件的基础上,进行了水下机械手驱动方式的设计,最后进行了水密性实验。水下水密性实验结果证明了水下机械手本体结构设计的有效性和可行性,水下机械手本体结构的设计为研究水下机械手智能控制相关技术搭建了实验平台。 展开更多
关键词 水下机械手 驱动方式 设计
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水下机器人机械手控制系统设计 被引量:4
13
作者 朱建新 杨成云 《凿岩机械气动工具》 2003年第4期53-58,共6页
介绍了一种具有7自由度运动功能的水下机器人机械手的工作原理和控制要求,详细讨论了控制系统的组成与结构;并介绍了用VB实现普通微机与PLC通信的方法,给出了通讯软件的详细设计过程。实现了对机械手的各种运动控制功能,并使系统具有一... 介绍了一种具有7自由度运动功能的水下机器人机械手的工作原理和控制要求,详细讨论了控制系统的组成与结构;并介绍了用VB实现普通微机与PLC通信的方法,给出了通讯软件的详细设计过程。实现了对机械手的各种运动控制功能,并使系统具有一定的自适应和自诊断功能,从而保证了系统运行的稳定性与安全性。 展开更多
关键词 水下机械手 控制系统 通信
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面向水下作业的水液压机械手研究与展望 被引量:4
14
作者 纪辉 兰宇 +2 位作者 武子为 聂松林 尹方龙 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期283-294,共12页
水液压技术在水下作业环境中具有鲜明的技术优势,在海洋探测、海洋资源开发等领域具有广阔的应用前景。水下机械手是执行水下作业任务的重要工具,将水液压技术应用于水下作业机械手,可降低水下机器人-机械手系统的复杂程度、提高性能上... 水液压技术在水下作业环境中具有鲜明的技术优势,在海洋探测、海洋资源开发等领域具有广阔的应用前景。水下机械手是执行水下作业任务的重要工具,将水液压技术应用于水下作业机械手,可降低水下机器人-机械手系统的复杂程度、提高性能上限。通过阐述当前国内外各研究机构针对不同应用场景所研制水下机械手的结构特点、研究水平和商业化发展现状,对比分析不同驱动形式的优缺点及其对水下机械手性能和设计要点的影响,得出水液压驱动水下机械手是当前水下作业工具的最佳选择。在此基础上分析了水液压机械手设计中需解决的摩擦与润滑、材料、动力学模型、运动控制等关键技术问题,最后对水液压机械手未来发展的趋势进行了展望,以期为相关研究提供参考。 展开更多
关键词 水液压 水下机械手 海洋工程
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基于水下爬行机器人的机械手结构设计 被引量:7
15
作者 魏晓霞 蒲小琼 冯常 《机械》 2015年第4期77-80,共4页
分析了水下爬行机器人工作环境并设计了基于其上的水下机械手,对关键器件进行了分析与选型,对传动机构及关节结构进行了分析与设计。并试制了实验样机,最后在注水压力罐内对水下机械手进行了水密试验,实验结果表明水下机械手的密封性能... 分析了水下爬行机器人工作环境并设计了基于其上的水下机械手,对关键器件进行了分析与选型,对传动机构及关节结构进行了分析与设计。并试制了实验样机,最后在注水压力罐内对水下机械手进行了水密试验,实验结果表明水下机械手的密封性能满足要求,为水下爬行机器人的机械手智能控制系统研究搭建了实验平台。 展开更多
关键词 水下爬行机器人 水下机械手 结构设计
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基于非线性动力学模型补偿的水下机械臂自适应滑模控制 被引量:3
16
作者 付雯 温浩 +5 位作者 黄俊珲 孙镔轩 陈嘉杰 陈武 冯跃 段星光 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1068-1077,共10页
为满足特大型水利水电工程中的大直径超长距离引水隧洞定期检测的重大需求,智能化水下机器人系统成为当前的研究热点。为提高水下机械臂建模的准确性与控制能力的精准性,该文首先提出一种融合Newton-Euler方程、Morison方程与非线性摩... 为满足特大型水利水电工程中的大直径超长距离引水隧洞定期检测的重大需求,智能化水下机器人系统成为当前的研究热点。为提高水下机械臂建模的准确性与控制能力的精准性,该文首先提出一种融合Newton-Euler方程、Morison方程与非线性摩擦力的水下机械臂动力学模型建模及参数辨识方法,并在补偿已辨识模型的基础上,设计了一种利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络补偿系统未建模与建模误差的自适应滑模控制方法。通过仿真,该文证明了该方法比传统比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制和一般RBF网络自适应滑模控制具有更高的控制精度。 展开更多
关键词 水下机械臂 动力学参数辨识 径向基函数神经网络补偿 自适应滑模控制
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水下大臂展机械手动力学建模与仿真分析 被引量:7
17
作者 刘涛 张奇峰 +2 位作者 张运修 孙英哲 范云龙 《液压与气动》 北大核心 2021年第5期25-32,共8页
面向水下环境大范围精细作业需求,对水下大臂展机械手系统进行动力学建模和关节驱动力矩求解分析。首先,基于D-H理论对水下大臂展机械手进行正、逆运动学分析,求解各连杆速度与加速度;然后,构建水下大臂展机械手的动力学模型,使用莫里... 面向水下环境大范围精细作业需求,对水下大臂展机械手系统进行动力学建模和关节驱动力矩求解分析。首先,基于D-H理论对水下大臂展机械手进行正、逆运动学分析,求解各连杆速度与加速度;然后,构建水下大臂展机械手的动力学模型,使用莫里森公式和D-H理论完善动力学模型中的水动力项,采用拉格朗日法求解整机的净浮力、惯性力、离心力、科氏力与末端负载力项,得出各关节所需驱动力矩和关节角、环境水流速度以及末端负载之间的函数关系;最后,针对具体作业场景,得出环境水流速度、目标负载转运下机械手各关节所需驱动力矩,为水下大臂展机械手设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 水下机械手 大臂展 水动力 动力学 运动学
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船舶维修机械臂水下探伤系统稳定性分析
18
作者 韩江桂 陈咨铮 陈汉涛 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期101-106,共6页
为了满足船舶远海航行时对于水下船体探伤的作业需求,基于自主设计的水下机械臂系统,在其末端执行机构安装水下摄像头,以代替潜水员下水进行探伤作业,并对搭建的水下维修机械臂探伤系统的操控稳定性进行了分析验证。首先,基于拉格朗日... 为了满足船舶远海航行时对于水下船体探伤的作业需求,基于自主设计的水下机械臂系统,在其末端执行机构安装水下摄像头,以代替潜水员下水进行探伤作业,并对搭建的水下维修机械臂探伤系统的操控稳定性进行了分析验证。首先,基于拉格朗日函数建立了水下机械臂探伤系统的动力学方程,并利用Fluent软件仿真计算出在不同流速下机械臂探伤系统各关节处所受的水阻力大小;然后,将计算所得各关节水阻力作为载荷添加至动力学仿真分析中,利用Matlab软件对水下维修机械臂探伤系统进行了动力学仿真,得到各关节在空气中和水下不同环境中的力矩,求得水阻力对各关节力矩的影响因子;最后,在空气中和水下两种环境中对机械臂探伤系统进行运动控制试验,实际的力矩反馈和流体模型的建立验证了水下维修机械臂探伤系统良好的操控稳定性,为运用于船舶远航实际水下探伤作业提供了数据和实验支持。 展开更多
关键词 水下机械臂 水下探伤 流体动力学 运动控制
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水下机器人-机械手系统自适应抗扰控制方法 被引量:6
19
作者 李冀永 万磊 +2 位作者 黄海 张国成 秦洪德 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期413-421,共9页
针对开架式水下机器人在其作业过程中易受到脐带缆、机械手和海流等扰动影响的问题,为减小改扰动对艇体姿态的影响,文中对开架式水下机器人设计了一种基于模型的自适应抗扰控制方法,并分别对脐带缆和机械手引起的扰动进行了建模分析,具... 针对开架式水下机器人在其作业过程中易受到脐带缆、机械手和海流等扰动影响的问题,为减小改扰动对艇体姿态的影响,文中对开架式水下机器人设计了一种基于模型的自适应抗扰控制方法,并分别对脐带缆和机械手引起的扰动进行了建模分析,具体建立了一种以全局运动学控制环和扰动力补偿项为主的自适应抗扰控制.在SY-Ⅱ开架式水下机器人平台上进行了S面控制和自适应抗扰控制的对比实验.结果表明,脐带缆和机械手的扰动力会对水下机器人的姿态产生较大影响,通过对扰动力的实时估算和补偿,在定深定向、轨迹跟踪实验中,基于模型的抗扰控制方法表现出更高的控制精度,在姿态保持实验中,与S面控制方法相比,自适应抗扰控制展现了较好的鲁棒性,系统轨迹更平稳,具有更强的稳定性. 展开更多
关键词 水下机器人 机械手 脐带缆 抗扰控制
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未知环境下水下机械手智能抓取的自适应阻抗控制 被引量:6
20
作者 张建军 刘卫东 +2 位作者 李乐 程瑞锋 郑海峰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期341-347,共7页
为了满足水下机械手在未知环境下对目标抓取的多样性,保证抓住、抓牢并最大限度地避免目标损伤,提出了自适应阻抗控制方法.构建了基于位置的阻抗模型的力跟踪控制系统,采用递推最小二乘法辨识目标的阻抗参数,根据阻抗参数与机械手的运... 为了满足水下机械手在未知环境下对目标抓取的多样性,保证抓住、抓牢并最大限度地避免目标损伤,提出了自适应阻抗控制方法.构建了基于位置的阻抗模型的力跟踪控制系统,采用递推最小二乘法辨识目标的阻抗参数,根据阻抗参数与机械手的运动特征,利用模糊推理方法在线调整抓取力的期望值,并根据期望抓取力与实际抓取力的误差设计自适应比例-积分-微分(PID)控制器来调整期望位置,以实现在跟踪目标位置的同时对期望抓取力信号的跟踪,并利用MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验.结果表明:自适应阻抗控制方法在自由空间和约束空间均具有良好的力、位移的跟踪性能;对期望抓取力的实时调整满足抓取目标的多样性,期望位置的自适应调整能够实现对期望抓取力的跟踪. 展开更多
关键词 水下机械手 阻抗模型 自适应 模糊推理 递推最小二乘法
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