UUV协同目标分配与轨迹规划技术研究

1

作者 曹宏涛 耿令波 +1 位作者 张少泽 胡志强 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第17期121-126,共6页

为了解决弱通信条件及存在动态不确定性障碍物条件下的多UUV协同路径规划问题,本文提出KM最优匹配与PSO寻优方法相结合的UUV协同路径规划算法框架,无需依赖实时的水下通信链路,采用集中式分配、分布式规划执行的方法实现UUV集群按照既... 为了解决弱通信条件及存在动态不确定性障碍物条件下的多UUV协同路径规划问题,本文提出KM最优匹配与PSO寻优方法相结合的UUV协同路径规划算法框架,无需依赖实时的水下通信链路,采用集中式分配、分布式规划执行的方法实现UUV集群按照既定任务需求生成满足UUV角速度、速度等运动学约束条件的可行轨迹,并采用制导控制与规划控制分层解耦方式,设计基于虚拟点制导法的轨迹跟踪算法,解决UUV的轨迹跟踪控制问题。此外,结合势场法与一致性控制实现UUV集群的动态避障,通过仿真结果分析,所提方法可以有效解决多UUV集群中的协同目标分配与同时到达控制问题。 展开更多

关键词 水下集群 粒子群优化 轨迹跟踪控制 动态避障

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涵道推进器近水面垂推工况推力损失机理研究

2

作者 赵一峰 胡志强 +1 位作者 杨翊 耿令波 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第20期67-73,共7页

针对水空跨域航行器在水面垂直起飞时出现的推力损失问题,开展实验测试航行器150 mm直径涵道推进器在距离水面0.1~0.5 m高度垂直推进状态下的推力特性。为分析涵道推进器的近水面推力损失机理,采用多相流计算流体动力学(CFD)仿真对涵道... 针对水空跨域航行器在水面垂直起飞时出现的推力损失问题,开展实验测试航行器150 mm直径涵道推进器在距离水面0.1~0.5 m高度垂直推进状态下的推力特性。为分析涵道推进器的近水面推力损失机理,采用多相流计算流体动力学(CFD)仿真对涵道推进器近水面垂直推进工况下的流场进行模拟。仿真发现,推进器尾流冲击水面形成的气水混合物被推进器吸入,使推进器周围空气流动进入不稳定的涡环状态。推进器近水面运转时与空气中同转速下相比产生了推力损失,随着近水面高度的增大,反弹气流的影响减弱,推力损失逐渐减小。 展开更多

关键词 水空跨域航行器 涵道推进器 推力特性 流体仿真 近水面

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基于连接组合体方法的关节机器人动力学参数辨识 被引量：4

3

作者 耿令波 陈柏 吴洪涛 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期581-587,共7页

为获得不受负载影响的机器人动力学参数的独立值,采用连接组合体方法辨识机器人动力学参数,即辨识时按照一定的方式及次序锁定其他关节,每次仅让某几个关节运动,从而辨识出全部参数的独立值。编写了机器人动力学参数辨识程序,对某确定... 为获得不受负载影响的机器人动力学参数的独立值,采用连接组合体方法辨识机器人动力学参数,即辨识时按照一定的方式及次序锁定其他关节,每次仅让某几个关节运动,从而辨识出全部参数的独立值。编写了机器人动力学参数辨识程序,对某确定工业机器人进行了动力学参数辨识计算。结果表明:该方法能够获得独立的机器人动力学参数;绝大多数参数能够获得理想的辨识精度;受噪声影响,部分参数辨识结果与理想值差距较大,原因在于这些参数对力矩的贡献很小,在噪声存在的情况下,其信息被淹没;基于辨识结果的力矩计算结果与机器人控制理想力矩具有很高的吻合度,验证了该方法的正确性。 展开更多

关键词 关节型机器人 惯量参数 参数辨识 连接组合体法

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不对称激励函数对水环境下合成射流激励器推力影响及其机理研究 被引量：2

4

作者 耿令波 胡志强 +1 位作者 林扬 衣瑞文 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期13-22,共10页

合成射流是一种新型水下推进方式,合成射流激励器具有体积小、质量轻、结构简单等优点,非常适合水下机器人的推进及姿态调节。合成射流的推力及推进效率受激励函数影响较大,目前,合成射流大都采用对称型激励函数,激励函数对称度对推力... 合成射流是一种新型水下推进方式,合成射流激励器具有体积小、质量轻、结构简单等优点,非常适合水下机器人的推进及姿态调节。合成射流的推力及推进效率受激励函数影响较大,目前,合成射流大都采用对称型激励函数,激励函数对称度对推力及推进效率的影响尚处于研究空白。为了研究这一影响及其作用机理,对一种合成射流激励器在具有不同对称度的激励函数作用下的推力进行了数值计算,激励函数为正弦型。数值计算采用基于动网格的有限体积法,进行了网格无关性分析,并将数值计算结果与已有的试验数据进行了对比,证实了数值方法的有效性。通过对比不同激励函数作用时的推力及推进效率,发现激励函数对称度较高时,推力较大,吸入与排出流体任一过程频率的降低均会导致推力的减小。另外,还发现,即使激励器的动量变化方向反向,激励器平均作用力的方向仍保持不变。建立了合成射流激励器作用力的数学模型,该模型可以解释合成射流作用力随激励函数对称度的变化规律。 展开更多

关键词 合成射流 不对称激励函数 推力模型 作用机理

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基于旋量理论的主动介入导管运动学研究

5

作者 张健 陈柏 +2 位作者 陈笋 耿令波 吴洪涛 《机械与电子》 2014年第5期8-12,共5页

针对介入手术操作环境几何特征各异的特点,为提高介入设备的通用性,提出一种由记忆合金丝SMA(shape memory alloy)与绳索混合驱动的模块化主动介入导管机器人。采用旋量理论和指数积POE(product of exponentials formula)方法推导建立了... 针对介入手术操作环境几何特征各异的特点,为提高介入设备的通用性,提出一种由记忆合金丝SMA(shape memory alloy)与绳索混合驱动的模块化主动介入导管机器人。采用旋量理论和指数积POE(product of exponentials formula)方法推导建立了3关节主动介入导管运动数学模型,对介入导管机器人的工作空间及运动仿真分析,结果验证了所建立运动学模型的正确性。所采用方法大大降低了多节主动介入导管运动学模型的复杂性,为介入导管机器人的实际应用奠定了理论基础。 展开更多

关键词 主动介入导管 指数积方法 运动学 运动仿真 工作空间

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基于电阻反馈的SMA控制系统设计

6

作者 张健 陈柏 +2 位作者 耿令波 陈笋 吴洪涛 《微处理机》 2014年第4期91-93,96,共4页

形状记忆合金(SMA)驱动器在生物医疗中得到了广泛应用。目前,SMA驱动器的控制器多采用外部传感反馈方式,体积大,应用受到限制。提出一种基于SMA内部电阻反馈的嵌入式控制电路。使用ATMEGA16单片机搭建了SMA驱动器加热控制电路及恒流源... 形状记忆合金(SMA)驱动器在生物医疗中得到了广泛应用。目前,SMA驱动器的控制器多采用外部传感反馈方式,体积大,应用受到限制。提出一种基于SMA内部电阻反馈的嵌入式控制电路。使用ATMEGA16单片机搭建了SMA驱动器加热控制电路及恒流源电桥方法的电阻测量采集电路。实验表明:该控制系统可以产生可控PWM,恒流源电桥方法测SMA电阻可以得到足够的测量精度,系统可用于SMA驱动器的控制。 展开更多

关键词 SMA驱动器 ATMEGA16单片机 电阻反馈 控制电路

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绳驱动并联机器人绳索拉力及工作空间求解方法研究 被引量：5

7

作者 桑秀凤 陈笋 +2 位作者 陈柏 耿令波 吴洪涛 《应用科技》 CAS 2014年第4期51-55,共5页

绳驱动并联机器人的驱动冗余性导致绳索拉力的求解复杂性、工作空间成为系统的重要指标。文中建立了机器人系统静力学和动力学的统一模型,对绳索拉力求解优化算法以及工作空间求解方法进行研究,通过MATLAB仿真求得了4根绳驱动康复机器... 绳驱动并联机器人的驱动冗余性导致绳索拉力的求解复杂性、工作空间成为系统的重要指标。文中建立了机器人系统静力学和动力学的统一模型,对绳索拉力求解优化算法以及工作空间求解方法进行研究,通过MATLAB仿真求得了4根绳驱动康复机器人系统驱动绳索拉力和工作空间,验证了绳驱动并联机器人绳索拉力优化求解方法和工作空间计算方法的正确性。 展开更多

关键词 绳驱动 机器人 并联机器人 绳索拉力 工作空间 MATLAB

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血管介入手术中的柔性虚拟力触觉系统研究 被引量：4

8

作者 冯安洋 陈笋 +2 位作者 陈柏 耿令波 吴洪涛 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2014年第6期520-524,共5页

随着微创手术的发展,虚拟手术的应用前景越来越广阔.力反馈作为虚拟手术的核心技术,其实现的效果直接影响了虚拟手术的沉浸感.通过对经典包围盒碰撞检测算法进行研究比对,选择了球包围盒的碰撞检测算法,并建立了精确的反馈力计算模型,... 随着微创手术的发展,虚拟手术的应用前景越来越广阔.力反馈作为虚拟手术的核心技术,其实现的效果直接影响了虚拟手术的沉浸感.通过对经典包围盒碰撞检测算法进行研究比对,选择了球包围盒的碰撞检测算法,并建立了精确的反馈力计算模型,实现了介入血管中的柔性碰撞仿真.该仿真具有很高的实时性和精度. 展开更多

关键词 虚拟现实 力反馈 柔性碰撞 实时性

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倾转四旋翼跨介质飞行器水面垂直起飞策略研究 被引量：2

9

作者 聂星宇 胡志强 +1 位作者 孙浩添 耿令波 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第4期66-71,共6页

针对跨介质飞行器研究领域目前存在的任务负载小以及近水面介质属性强非线性变化导致的推力损失问题,设计了一种倾转四旋翼跨介质飞行器构型,具有较大的起飞负载,并建立了倾转四旋翼跨介质飞行器近水面静力学模型;在控制策略上,设计了... 针对跨介质飞行器研究领域目前存在的任务负载小以及近水面介质属性强非线性变化导致的推力损失问题,设计了一种倾转四旋翼跨介质飞行器构型,具有较大的起飞负载,并建立了倾转四旋翼跨介质飞行器近水面静力学模型;在控制策略上,设计了水面垂直起飞流程以及切换控制策略,等效提高了跨介质飞行器近水面推重比,并进一步增强了倾转四旋翼跨介质飞行器起飞过程的稳定性,最后进行实验验证。结果表明,设计的水面垂直起飞流程及切换控制策略,可以实现大负载下倾转四旋翼跨介质飞行器的水面垂直起飞过程。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 倾转四旋翼 水面垂直起飞

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基于LabVIEW与单片机的温度采集监控系统设计 被引量：18

10

作者 朱银龙 华超 +3 位作者 陈昕 耿令波 胡志强 宋爱国 《计算机测量与控制》 2019年第12期93-96,101,共5页

利用温度传感器DS18B20与AT89C51单片机构建温度采集监控硬件系统,上位机采用LabVIEW平台开发应用程序,通过串口通信实现温度采集系统与上位机之间的数据传输与通信;系统可以实现温度实时数据的采集、显示、报警、存储与回放;当实际温... 利用温度传感器DS18B20与AT89C51单片机构建温度采集监控硬件系统,上位机采用LabVIEW平台开发应用程序,通过串口通信实现温度采集系统与上位机之间的数据传输与通信;系统可以实现温度实时数据的采集、显示、报警、存储与回放;当实际温度超过设定范围时,输出信号进行加热或通风操作;温度检测系统在电热水壶周围进行温度检测时的界面,温度分别达到了47.5℃及65.3℃;表明,该系统可以有效地监测温室大棚及工厂环境中的实时温度及其变化,具有较强的可靠性与实用性。 展开更多

关键词 LABVIEW 单片机 温度传感器 监测系统

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柔性压力传感器阵列及其信号采集系统研究 被引量：22

11

作者 朱银龙 华超 +3 位作者 苏晓芳 耿令波 胡志强 苏海军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期400-405,413,共7页

为提高机器人人机交互的安全性,选用新型智能材料——电活性聚合物材料(Electroactive polymer,EAP)作为传感器阵列单元的敏感材料,设计一种4×4柔性压力传感器阵列及其信号采集系统。建立压力传感器输入输出数学模型,给出采用双三... 为提高机器人人机交互的安全性,选用新型智能材料——电活性聚合物材料(Electroactive polymer,EAP)作为传感器阵列单元的敏感材料,设计一种4×4柔性压力传感器阵列及其信号采集系统。建立压力传感器输入输出数学模型,给出采用双三次插值法提高力觉信息量的方法,并制作了传感器试验样机,最后利用标定试验和应用试验验证了该传感器阵列的可行性、准确性和实用性。试验结果表明,设计的传感器电容理论值与测量值相差约0.01 pF,测量结果与理论结果吻合。在量程0~6 N内,最大灵敏度为0.1343 pF/N,重复性指标为28.73%。 展开更多

关键词 柔性压力传感器 电活性聚合物材料 敏感材料 电容数字转换器

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基于均匀有理B样条的小水线面双体无人艇参数化建模方法 被引量：3

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作者 王超 林扬 +2 位作者 胡志强 衣瑞文 耿令波 《舰船科学技术》 北大核心 2017年第12期143-148,166,共7页

本文针对小水线面双体无人艇总体设计过程中总布置及水动力外形优化设计对潜体和支柱参数化建模的需求,提出一种由型值点与特征多边形顶点同时控制的均匀有理B样条曲线表达方法,并以该方法生成的曲线作为无人艇的潜体和支柱的型线完成... 本文针对小水线面双体无人艇总体设计过程中总布置及水动力外形优化设计对潜体和支柱参数化建模的需求,提出一种由型值点与特征多边形顶点同时控制的均匀有理B样条曲线表达方法,并以该方法生成的曲线作为无人艇的潜体和支柱的型线完成无人艇参数化建模,基于CFD的方法对模型开展了阻力特性的数值计算。B样条曲线能够满足模型的光顺性要求;曲线中的型值点能够精确控制模型的局部尺寸,便于总布置设计过程中对局部外形尺寸的调整;特征多边形顶点能够保证潜体和支柱端部曲面的斜率和曲率得到直观的自由调节,并直接影响各部位水动力的分布,便于参数化模型针对水动力性能的优化设计。 展开更多

关键词 无人水面艇 小水线面双体船 参数化建模 B样条 型线光顺

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基于数值计算方法的矢量合成射流激励器推力特性研究

13

作者 耿令波 衣瑞文 +2 位作者 林扬 胡志强 王超 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期528-539,共12页

合成射流激励器具有体积小、质量轻、结构简单、对流体外形影响小等优点,非常适合用于水下机器人的驱动及姿态调节。文章设计了一种矢量合成射流激励器,该激励器的出口是柔性的,采用线驱动方式实现出口偏转角度的连续调节,进而实现推力... 合成射流激励器具有体积小、质量轻、结构简单、对流体外形影响小等优点,非常适合用于水下机器人的驱动及姿态调节。文章设计了一种矢量合成射流激励器,该激励器的出口是柔性的,采用线驱动方式实现出口偏转角度的连续调节,进而实现推力的矢量控制。建立了用于控制激励器出口偏转角度的数学模型,以及激励器作用力的数学模型。采用有限体积法对该矢量合成射流激励器在不同偏转角度下的流场进行了数值计算,流场设定为三维、粘性、非定常和不可压流场,给出了不同偏转角度下激励器在各个方向上的作用力变化曲线。通过对作用力的计算结果进行分析发现,合成射流的推力比相同质量流量下稳态射流的推力提高50%。另外,还发现激励器各方向作用力的合力基本不随偏角发生改变。结合文中建立的激励器作用力数学模型进行分析,可知合成射流的推力增强效应主要是由激励器外部流体的阻滞作用引起的。 展开更多

关键词 水环境 合成射流 推力矢量 作用机理 推力模型

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半潜式无人艇运动姿态预报方法研究 被引量：3

14

作者 于金波 胡志强 +1 位作者 耿令波 杨翊 《计算机仿真》 北大核心 2018年第2期251-256,共6页

针对半潜式无人艇运动过程中首摇和纵摇受外界环境影响较大,影响运动控制系统的有效性的问题,采用时间序列分析预报方法和灰色预报方法,进行运动姿态预报方法研究。根据一般工况下半潜式无人艇的首摇和纵摇数据建立了AR模型和GM(1,1)模... 针对半潜式无人艇运动过程中首摇和纵摇受外界环境影响较大,影响运动控制系统的有效性的问题,采用时间序列分析预报方法和灰色预报方法,进行运动姿态预报方法研究。根据一般工况下半潜式无人艇的首摇和纵摇数据建立了AR模型和GM(1,1)模型,并进行了实时预报仿真及对比。仿真结果表明,AR模型和GM(1,1)模型对首摇和纵摇预报的整体效果良好。通过比较,AR模型预报的整体效果都优于GM(1,1)模型。AR模型对于半潜式无人艇运动姿态的预报具有一定的适用性,是一种可行的方法。 展开更多

关键词 半潜式无人艇 姿态预报 时间序列分析预报 灰色预报

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基于数值计算方法的水下合成射流推力特性

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作者 贾连超 耿令波 +2 位作者 胡志强 杨翊 王超 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期409-416,共8页

研究了水下合成射流的数值计算方法,对比了不同网格尺度、不同边界层尺度以及不同湍流模型对合成射流流场以及推力的影响,结果发现,推力计算结果对网格尺度、边界层尺度及湍流模型并不敏感。将推力数值计算结果与已有的试验结果进行了对... 研究了水下合成射流的数值计算方法,对比了不同网格尺度、不同边界层尺度以及不同湍流模型对合成射流流场以及推力的影响,结果发现,推力计算结果对网格尺度、边界层尺度及湍流模型并不敏感。将推力数值计算结果与已有的试验结果进行了对比,两者具有很好的一致性,验证了数值计算方法的正确性。研究了不同L/D(L为活塞直径,D为出口直径)条件下合成射流激励器的推进效率,结果显示,当L/D值在4附近时,合成射流推进效率最高;当L/D值偏离4时,推进效率降低,这与已有的试验结论一致,进一步证实了数值方法的正确性。建立了水下合成射流的推力模型,该模型将合成射流的推力分为以下3个部分:质量变化引起的动量变化、加速度引起的动量变化以及外部流体的阻滞作用。结合该模型,对一种出口可偏转合成射流激励器不同偏角下的推力进行了对比分析,证明合成射流的高效率源自于外部流体的阻滞作用。 展开更多

关键词 水下合成射流 数值方法 推力模型 增强机理

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基于横向二次射流的水下推力矢量方法 被引量：8

16

作者 耿令波 胡志强 +2 位作者 林扬 衣瑞文 杨翊 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1922-1932,共11页

提出一种基于横向二次射流的水下推力矢量技术,通过二次射流的横向速度场诱导主流发生偏转,建立了推力矢量偏角与流速偏角的数学关系,证明了通过主流偏转实现推力矢量偏转的有效性。通过数值计算方法分析了不同二次射流深度、不同二次射... 提出一种基于横向二次射流的水下推力矢量技术,通过二次射流的横向速度场诱导主流发生偏转,建立了推力矢量偏角与流速偏角的数学关系,证明了通过主流偏转实现推力矢量偏转的有效性。通过数值计算方法分析了不同二次射流深度、不同二次射流/主流体积比及不同二次射流/主流速度比条件下主流偏转角度变化。结果显示:随着二次射流深度的增加,主流受到壁面阻碍作用增强,因而偏转角度减小。随着二次射流/主流体积比的减小,出口负压区所占比例减小,主流偏转角度增加,且当体积比减小到一定值后,负压影响可以忽略,主流不再随体积比而变化。主流偏转角度随速度比增加而增加,且在速度比一定的条件下,速度数值的变化对主流偏转没有影响。设计了一种主流为圆形射流的水下矢量推进器,对其数值分析结果揭示:当位于射流中剖面同侧的二次射流全部作动时,主流可以取得最大的偏转角度,且主流的偏转方向可以通过使不同的二次射流组合处于作动状态进行控制。 展开更多

关键词 横向 二次射流 水下推力矢量 水下机器人 矢量推进器

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尺度效应对水下合成射流推力特性影响研究 被引量：1

17

作者 耿令波 胡志强 +2 位作者 林扬 衣瑞文 王超 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期219-228,共10页

该文通过数值方法研究了尺度效应对水环境下合成射流推力及推进效率的影响,不同尺度下激励器的网格采用等比例缩放的方式得到,数值计算在fluent进行,且数值计算方法通过实验数据进行了验证。数值计算结果发现,当激励器尺度为0.1 mm时,... 该文通过数值方法研究了尺度效应对水环境下合成射流推力及推进效率的影响,不同尺度下激励器的网格采用等比例缩放的方式得到,数值计算在fluent进行,且数值计算方法通过实验数据进行了验证。数值计算结果发现,当激励器尺度为0.1 mm时,推力曲线与速度曲线非常接近,此时平均推力及推进效率均较小。随着尺度增加,当激励器尺度大于1 mm时,推力曲线不对称度增加,且推力曲线的上升区间所占周期增加而下降区间所占周期减小,此时平均推力及推进效率都有明显提高。建立了合成射流的推力模型,该模型将合成射流推力分解为三部分:质量效应、加速效应及外部流场的压强效应。给出了不同尺度下的涡量图、速度分布图,通过对其分析可知,尺度较小时粘性作用较强,此时,内部流体的加速效应及外流场压强效应均很小,导致推进效率较低。随着尺度增加,粘性作用减弱,推进效率开始增加,当尺度增加到粘性可以忽略时,推进效率不再随尺度增加。 展开更多

关键词 合成射流 尺度效应 推进效率 推力模型 数值方法

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用于水下机器人姿态调节的电磁式水下合成射流激励器 被引量：2

18

作者 贾连超 胡志强 +1 位作者 耿令波 衣瑞文 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期329-335,共7页

目前水下合成射流激励器主要采用机械传动的方式,如凸轮机构,其机械结构复杂且行程不可调.针对此问题,设计了一种机械结构简单且行程可调的电磁式水下合成射流激励器.采用音圈电机带动活塞做直线往复运动来产生合成射流,并对该激励器在... 目前水下合成射流激励器主要采用机械传动的方式,如凸轮机构,其机械结构复杂且行程不可调.针对此问题,设计了一种机械结构简单且行程可调的电磁式水下合成射流激励器.采用音圈电机带动活塞做直线往复运动来产生合成射流,并对该激励器在不同腔体出口直径、不同活塞振动频率及不同活塞位移条件下开展了一系列推力实验.通过实验得出合成射流平均推力与出口直径呈反比例相关,与活塞振动频率及活塞位移呈正比例相关,且激励器效率随出口直径的增加而增加.结果表明,电磁式水下合成射流激励器能够产生平均推力,是一种新型的水下机器人姿态调节方式. 展开更多

关键词 合成射流 电磁式激励器 推力特性 推进效率

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