基于ANSYS的间隙式永磁吸附爬壁机器人的磁场分析

针对永磁吸附爬壁机器人,提出了一种新型的采用了矩形永磁体的间隙式吸附方式,并在Ansys的Magnetic-nodal环境下进行了永磁体的磁场分析,得出不同间隙条件下的磁场变化规律和吸附力。永磁体的磁场强度采用数值计算得出解析表达式的方法通常比较复杂。而有限元分析的方法则为磁场分析提供了一条快速、有效的路径。     

爬壁机器人小半径转弯研究

爬壁机器人在科学探测、高楼救援、高空侦察、幕墙清洗等危险性工作中应用非常广泛,但面临着很多技术性的难题,如壁虎脚吸盘自动吸附和自动解除吸附的问题、履带式吸盘机器人无法小半径转弯的难题、机器人在前进过程中车身前端后仰的问题、机器人在前进过程中车身侧滑的问题、机器人溜车的问题、机器人爬壁时越障和越沟槽的问题等。本文重点从结构设计着手研究爬壁机器人小半径转弯问题。     

基于SolidWorks的振动吸附式四足爬壁机器人设计

以爬壁机器人的运动过程为研究对象,对运动过程做了模拟仿真.首先对爬壁机器人进行分析,根据壁虎爬行的运动原理和吸附方式,对爬壁机器人进行总体方案设计,确定爬壁机器人的组成部分.该爬壁机器人主要有3个部分的结构设计:主体结构、腿部结构以及吸附结构;其次,通过SolidWorks软件对爬壁机器人各零部件具体结构进行三维建模,...     

基于4G通信的无损检测爬壁机器人设计

目前,对于工业上使用的大型化工储液罐、船舶外板、运输管道的安全性检测主要采用的是人工检测.不仅人身安全不能得到保证,而且检测效率低,成本高.本文设计了一款磁吸式无损检测爬壁机器人,用以搭载无损检测模块.通过远程控制爬壁机器人的运动,完成相关检测作业.     

爬壁机器人翻越焊缝过程动力学建模研究

用于远洋渔船外板除锈的爬壁机器人在进行壁面作业时需要翻越焊缝,采用充气轮的爬壁机器人在翻越焊缝后会出现轮胎压缩量的减小,导致磁铁气隙增大、磁铁吸附力减小,从而削弱爬壁机器人的负载能力,降低了壁面行走可靠性,为此对爬壁机器人翻越焊缝的动力学过程进行研究。首先,将驱动轮轮胎简化为弹簧阻尼器,建立爬壁机器人翻越焊缝过程的动力学模型,并将驱动轮的翻越焊缝过程划分为不同的阶段;其次,利用数值方法求解该动力学模型,分析不同胎压下驱动轮翻越焊缝过程中爬壁机器人的运动状态;最后,进行了爬壁机器人翻越焊缝过程试验,结果表明,机器人翻越焊缝过程的试验结果与数值仿真结果基本一致,验证了本文所建动力学模型的正确性与合理性。     

个性化割草机器人外观设计研究

为进一步设计优化割草机器人的外型,不断提升其用户满意度和视觉体验效果,针对个性化割草机器人进行了外观设计研究。结合割草机器人的工作原理及核心部件参数,进行结构及外观信息捕捉,考虑各割草作业环境的多变性因素,将割草机器人的前结构模型按照一定规则导出为外观设计模型,进行结构模型与设计模型的互为调整,通过核心控制算法程序整合为个性化割草机器人协调性的外观模型,并进行外观设计试验。结果试验表明:一方面,整机设计周期约为6周条件下,整体测试运行效率较外观设计优化前提升2.8%以上,其结构协调性和整机的外观设计满意度均保持在平稳水平,设计合理有效;另一方面,总结出实现设计外观的标准化操作步骤,可为类似智能机器外观设计提供一定的参考。     

基于改进相关滤波算法的ROS自主跟随式机器人研究

【目的】随着机器人智能化程度的提高,其跟随功能应用日益广泛。医疗领域、养老领域都需要能够自主跟随、辅助的机器人设备协助人工完成相关工作。亟需设计一款响应时间短、跟随效率高的跟随式机器人。【方法】课题组设计了一款基于改进滤波算法的、搭载ROS系统的自主跟随式机器人,对机器人的硬件平台和软件系统进行了详细的设计与说明。在实际应用中,另引入核函数理论,构成核相关滤波算法,用以提高算法运行效率。针对机器人仍受光照变化和遮挡物影响,识别准确率低的问题,采用引入自适应核相关滤波（AKCF）的方法。【结果】通过在光线阴暗的公共场所进行跟随试验,发现该自主跟随式机器人可实时跟随移动目标运动,稳定性较高,响应速度快,准确性达到95%以上。【结论】ROS操作系统能够大大缩短开发时间,极大地提高了智能移动式机器人软件上的移植性和复用性,也提高了软件的兼容性;引入基于改进相关滤波的运动目标跟踪算法,能有效提高由于光照、复杂背景、遮挡等造成外观改变时目标跟踪的准确性。     

基于语言视角对农业机器人自动操作中的交互系统研究

农业机器人是一种由不同程序软件控制,以适应各种作业,能够感知并适应作物种类或环境变化,有检测(如视觉等)和演算等人工智能的新一代无人自动操作机械。为此,基于三维视觉感知、人机环境交互和自动编程等技术,提出了一种“规则场景”匹配和交互算法,以实现人、农业机器人及环境之间的信息交互,在用户的规则错误或无效时引导用户给出正确的规则,在正确定义规则后,通过自动编程和实现自动操作。田间试验结果表明：提出的基于自然语言交互下的农业机器人自动操作系统可以满足农业操作需求,具有一定的实用性与应用价值,对于实现农业现代化具有一定的推动作用。     

基于机器视觉的智能人机交互技术分析

机器人视觉和机器人技术已被广泛地使用在我们的生活当中,智能机器人技术逐渐成熟。在传统的机器人技术应用过程中,没有做到机器视觉和机器控制的技术统一,只实现了某一技术的应用,极大地制约了智能机器人的发展工作,因此如何统一机器视觉、机器人控制以及人工智能三大要素,成为了人机交互功能实现的主要限制。     

基于流固耦合的泵组管系振动分析

为了找出管系的振源以及产生的原因,采用有限元法计算管系的模态和谐响应.管壁选用壳单元划分,管壁内流体则采用流体单元,建立了包括泵组的三维空间管系的流固耦合模型,考虑管系的柔性支撑边界条件,进行迭代求解.计算表明,在水泵电机二倍转频48.3Hz附近,管系频率较集中,各测点频率响应数值均较大,50Hz时3号泵出水管垂直方向最大位移响应达13.96mm,计算结果与LMS动态测试系统的测试结果一致.泵组管系的振动原因是由于泵的周期性运动,造成管道内压力和流量的脉动,其变化频率和管系固有频率接近从而引起了共振.     

Newly simplified method for hydraulic design of micro irrigation laterals based on emission uniformity

An analytical approach was developed to design a single uniformly sloping lateral in the micro irrigation systems. Emission uniformity was used as the water application uniformity criterion. Ene rgy relations based on the energy gradient line approach were revamped to account for the spatial va riance of emitter outflow and the emitter connections local energy losses. Four pressure head grade line profiles were distinguished: uphill, horizontal, gentle downhill and steep downhill. Analytical expressions of emission uniformity by hydraulic variation for each pressure profile were developed based on the design variables: length and diameter of lateral, emitter spacing, emitter flow equation parameters, equivalent length characterizing local losses and ground slope. The design conditions for selecting emitter type, the number of emitters per plant and designing the diameter of the uphill and steep downhill laterals were also developed. The nonlinear equations for determining lateral diameter and lateral length were solved iteratively by using the built in root finding function of (Tools> Goal Seek…) in the calculation spreadsheet of Microsoft Excel. The procedures also provide the options to fix the design lateral diameter with the commercial standard size or fix the design lateral length based on the field size. The operating inlet pressure and maximum amplitude of the pressure head throughout the lateral could also be determined easily by the procedure. Two numerical applications with various slope combinations indicate that the proposed analytical approach produces results close to the accurate stepwise numerical solutions. In comparison with Keller method, the proposed approach could produce more appropriate designs.     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

基于Android的农机导航管理系统研究与设计

农机自动导航技术是精准农业研究中的关键技术之一。为解决国内现有农机导航系统的人机交互体验差、信息化和智能化程度不高的问题,结合农机自动导航作业功能需求和Android移动平台的优点,设计并实现了一套基于Android的导航管理系统。系统包含农机作业参数管理、农田地理信息管理、作业路径规划、导航实时监控和历史作业数据管理等功能模块。将该系统应用于农田自动导航试验中,结果显示:系统运行稳定可靠,人机交互体验性好,能够有效实现农机自动导航中的管理和监控功能。     

基于流固耦合的离心泵蜗壳结构分析与优化

为了研究蜗壳和超厚离心泵叶片匹配时的应力分布和变形,采用单向流固耦合方法对3种蜗壳结构产生的变形、等效应力和模态进行了数值分析和优化.蜗壳基圆直径与叶轮直径的比值（D3/D2）是蜗壳结构动力特性的主要影响因素,所以选取不同的D3/D2设计方案,进行数值模拟.当D3/D2较小时（方案A）,超厚叶片出口的射流一尾迹现象导致蜗壳流道内压力分布不均匀,其诱导的蜗壳变形量较大;随着D3/D2逐渐增大（方案B,C）,蜗壳的动力特性参数数值明显减弱,且数值趋于稳定.在设计工况下,方案A变形量最大值为544μm,等效应力最大值为15.7 MPa;方案B和方案C最大变形量分别降低为方案A的2.6%,2.8%,最大等效应力分别降为方案A的14.8%,22.9%.数值计算结果表明,3组对比方案中,方案B和方案C的结构动力特性相近,方案B的各指标最好,其运行可靠性更高.因此推荐具有超厚叶片的离心泵蜗壳D3/D2取1.13（方案B所取值）左右,以获得较优的结构动力特性.     

轴流泵马鞍区流场流固耦合数值模拟

为了分析轴流泵不稳定运行马鞍区工况内叶轮的结构,并研究该结构的稳定性,采用雷诺时均离散方法和标准k-ε湍流模型对泵装置流场进行CFD数值模拟,利用ANSYS的Workbench平台,通过单向流固耦合模型对叶轮的应力和应变进行计算,得到了不同工况下叶轮受流体压力作用所产生的等效应力及变形量,研究了叶轮结构的应力和变形量随流量的变化特征.研究结果表明：在40%～75%设计流量下不稳定运行马鞍区,数值模拟能准确地计算轴流泵内部流场,泵装置内部流态随流量的减小逐渐紊乱.轴流泵叶片表面应力分布不均,集中分布在叶片根部,随着流量的减小最大应力逐渐增大,马鞍区工况叶片结构应力有较大的安全余量,满足强度要求;叶片进水边外缘叶尖处变形较大,振动现象明显,最大总变形量随着流量的减小先增大后减小,但大变形区域由叶尖向叶缘扩散.研究结果为轴流泵马鞍区安全稳定性研究提供了一定参考.     

基于PLC的污水处理系统设计及其组态实现

针对日益凸显的污水问题,设计了以西门子S7-200PLC为控制核心的污水处理系统,该系统具有手自动切换、水泵保护、工作计时、自动报警等功能;并通过MCGS实现组态控制,拥有良好的人机交互界面。     

基于双向流固耦合的核主泵叶轮力学特性

基于双向流固耦合方法对核主泵内流场和结构场进行联合求解,研究流固耦合作用下核主泵叶轮的力学特性,分析经流固耦合作用后叶轮总体、叶片进出口边及叶根在各流量下的应力及变形分布.研究结果表明流固耦合作用对主泵外特性有一定影响且耦合后结果更接近试验值;随着流量的增加,叶轮前盖板处应力分布均匀性有所降低,而叶轮的最大等效应力均发生在叶轮叶片出口边与叶轮前盖板交界处,在交变载荷的作用下容易产生疲劳破坏.叶轮的最大的变形发生在叶轮叶片出水边的中部,叶轮的最大变形量随着流量的增加而增大.叶根的进出口边处易出现应力集中现象,说明叶片进出口边对液流的压力载荷及动静干涉作用极为敏感,在叶轮水力及结构设计时应予以足够重视.研究结果为核主泵以后的性能分析、叶轮的结构设计、维护和检修提供了有益参考.     

基于流固耦合的隔舌位置对双流道泵综合性能的影响

为了研究隔舌位置对双流道泵水力性能与结构性能的影响,针对3种不同隔舌安放角的双流道泵进行双向流固耦合计算,结果表明:水力性能方面,隔舌位置对扬程的影响较小,而对效率的影响较大,3种方案的最大扬程差仅为0.09 m,而最大效率差达1.1%;隔舌位置主要影响隔舌圆角及往第1断面方向附近与叶轮间隙处的压力脉动程度,隔舌安放角越大,压力脉动越强;叶轮旋转1周,蜗壳所受径向力呈现周期性变化规律,叶片扫过隔舌圆角时,蜗壳所受径向力最小,转过90°时径向力达到最大值.增大隔舌安放角可显著减小蜗壳所受径向力.结构性能方面,叶轮应力集中出现在出口吸力面,蜗壳应力集中出现在隔舌圆角附近靠后盖板处,增大隔舌安放角会增加蜗壳的最大应力值,但振幅减小;双流道泵发生10^-5m量级的位移,最大位移出现在蜗壳出口处,主要受叶片通过频率的影响,呈周期变化趋势,且随着隔舌安放角的增大,蜗壳最大变形量增大,振幅减小;隔舌位置对泵的振动速度影响比较明显,增大隔舌安放角,有助于减小振动.     

基于Ansys的矿用潜水电泵转子系统的优化设计

应用三维造型软件Pro／E对矿用潜水电泵过流部件内部水体和部件进行实体造型,导入ICEM软件对水体部分进行非结构化网格划分．基于雷诺时均Navier—Stokes方程、标准k—ε湍流模型和SIMPLEC算法,采用计算流体动力学软件CFX对矿用多级潜水泵不同工况下的外特性进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证模拟结果的可靠性．将流场模拟结果导入AnsysWorkbench,对两支点支撑方式的转子系统进行基于流固耦舍的模态分析,计算得到了原有转子系统的一阶临界转速低于运行转速．根据对转子振型特点的分析,对转子系统进行三支点优化设计,并再次进行模拟计算．结果表明：原有两轴承支撑转子系统临界转速过低,是轴承7217AC／DB提前损坏、密封环磨损严重的主要原因;三支点转子临界转速远大于泵的实际运行转速,可大幅度提高轴承可靠性,减缓密封环的磨损．