Research on Obstacle-navigation Control of An Inspection Robot for Power Transmission Lines

超高压输电线路巡检机器人是一种应用于电力传输线路检测的特殊移动机器人，它用来代替或辅助巡线工人对超高压输电线路进行检测。这种方法相对于人工的检测方法具有效率高，可靠性强等特点，可避免或减少高压线路对工人人身安全的威胁。但是，目前这种巡检机器人仍然处于实验室研发阶段，尚未在实际的输电线路巡检作业中得到应用。本文对应用在500KV超高压环境下巡检机器人的越障问题进行了分析和研究，给出了远程控制和基于模型、传感器信息的自主控制两种越障方法。在远程控制中，采用了手动越障控制和基于动作序列的可编程越障控制两种方式。在自主越障中，采用了基于传感器信息、约束信息以及动作反馈信息作为输入，产生式系统作为动作输出的越障控制方式。同时，超高压环境下巡检机器人控制系统的电磁兼容和电磁屏蔽问题在本论文中也得到了解决。整个机器人系统由两部分组成，越障巡检机器人样机和可移动控制台。机器人样机包括：系统电源、机器人本体、控制器、高速球一体机、驱动电机、无线图像传输系统及无线数据传输系统（机载部分）。其主要功能包括：控制巡检机器人沿超高压输电线路的架空地线自主行走并跨越其上防震锤、金具、杆塔等障碍物；通过携带高速球作为检测装置，检测输电设施（超高压输电线路、防震锤、绝缘子、金具、架空地线及杆塔等）的损伤情况，并将检测的图像资料经无线图像传输系统传送到可移动控制台进行处理和存储。可移动控制台包括：发电机、监控系统、无线图像接收机及无线数据传输系统（基站部分）、监视器和手动控制面板。其主要功能为接收、存储、处理及显示数据和图像资料，对机器人的运行状态具有远程控制和监测能力。该系统可应用于500KV超高压输电线路巡检作业。最后，通过实验验证了机器人在远程控制下具有跨越防震锤、杆塔、线夹等障碍物的能力

新型行星滚柱滚轮复合传动装置原理及运动学分析

提出了一种将行星滚柱丝杠和次摆线滚轮齿条进行结合形成的新型传动装置——行星滚柱滚轮复合传动装置，该装置不仅具有行星滚柱丝杠结构紧凑、承载力大的优点，还兼具次摆线滚轮齿条传动精度高、低噪声的优点。阐述了该装置的传动原理并建立了传动装置参数匹配设计方法；针对特定工况需求，进行了传动装置的参数设计和三维建模。采用Adams软件完成了行星滚柱滚轮复合传动装置的运动学仿真，验证了该传动装置的基本传动原理及设计的可行性，并分析归纳了部分基本设计参数对运动特性的影响规律

Relative position and posture measurement method for satellite docking ring target based on structured light

空间非合作目标位姿测量是空间在轨维护的前提。面向空间机械手对空间载体自动抓捕的应用需求,提出了基于结构光的空间非合作目标视觉测量方法。该方法以双套双线结构光测量装置作为测量传感器,以空间载体上普遍存在的星箭对接环作为抓捕目标。根据对接环的共同特点,选择直线特征和点特征相结合作为相对位姿的求解特征;基于直线特征求解圆环平面法向量、基于点特征求解圆环圆心坐标进而得到机械手工具坐标系与对接环坐标系间的相对位姿关系;基于多重几何约束实现了不同光照条件下图像上目标直线的鲁棒识别。建立了演示验证实验系统,在大量演示实验的基础上,进行了实验结果分析

锚链动态效应对海上浮式风力机整体系统动响应的影响

建立了海上浮式风力机包括弹性叶片、塔架以及SPAR浮体和悬链线式系泊线的整体系统动力模型,并基于改进的三维动态悬链线理论和有限元进行了5MW大型风力机的动响应数值模拟和分析;与以往的准静态方法和简化模型不同,本文考虑了系泊系统的动态特性(例如惯性力和阻尼力)、以及大尺寸柔性部件叶片、塔架等的弹性动力,分析了在波浪载荷下的风力机系统动响应.给出了悬链线式系泊线上的惯性载荷与黏性水动阻力等动态效应对系泊张力及其运动特性的影响,通过与仅考虑静态回复力的准静态法结果对比,分析了系泊系统动态特性对风力机结构响应的影响.我们的数值结果表明:考虑系泊线的动态特性,其动张力会明显增大,系泊线松弛-张紧的冲击张力幅值差可达到准静态值的10倍以上.当波浪频率远高于系统频率时,系泊系统的动态效应会加速结构瞬态项的衰减,而波浪频率与系统频率接近时,系泊系统的动态特性能明显降低浮体的响应位移,幅值降低约20%

锚链动态效应对海上浮式风力机整体系统动响应的影响

建立了海上浮式风力机包括弹性叶片、塔架以及SPAR浮体和悬链线式系泊线的整体系统动力模型,并基于改进的三维动态悬链线理论和有限元进行了5MW大型风力机的动响应数值模拟和分析;与以往的准静态方法和简化模型不同,本文考虑了系泊系统的动态特性(例如惯性力和阻尼力)、以及大尺寸柔性部件叶片、塔架等的弹性动力,分析了在波浪载荷下的风力机系统动响应.给出了悬链线式系泊线上的惯性载荷与黏性水动阻力等动态效应对系泊张力及其运动特性的影响,通过与仅考虑静态回复力的准静态法结果对比,分析了系泊系统动态特性对风力机结构响应的影响.我们的数值结果表明:考虑系泊线的动态特性,其动张力会明显增大,系泊线松弛-张紧的冲击张力幅值差可达到准静态值的10倍以上.当波浪频率远高于系统频率时,系泊系统的动态效应会加速结构瞬态项的衰减,而波浪频率与系统频率接近时,系泊系统的动态特性能明显降低浮体的响应位移,幅值降低约20%

Coupled model for simulating infrared radiation temperature of soil-vegetation mixed terrain surface

目前混合地表温度场的数学模型忽略了地表内部各组分间的热通量交互,致使温度场模拟结果不够准确、真实。针对已有独立求解模型的不足,结合土壤—植被混合地表的材质组成及空间分布特点,建立温度场的耦合求解模型,通过在热平衡方程中引入组分间热通量的交互项,对土壤—植被—大气耦合的能量平衡过程进行描述。实验结果表明,利用耦合模型求解的混合地表的温度场分布和热图像特征与自然地表红外辐射特性的真实分布规律具有更好的一致性,从而验证了温度场耦合建模方法的有效性

海洋柔性结构涡激振动的流固耦合机理和响应

对近几十年来国内外在涡激振动的基础研究包括机理认识和动响应分析等方面的进展进行了论述，尤其针对海洋油气平台中的立管、隔水管等细长柔性结构的涡激振动．描述了涡激振动这种典型的非线性流固耦合现象所具有的特征，包括自激、自限制、展向相关、尾迹水动力与结构动力的流固耦合等及其主要影响参数．介绍了目前常用的结构响应预测方法和相关实验．通过讨论当前理论研究和实际工程中的热点问题，诸如多模态宽带振动、浮体运动与水下立管的耦合、响应抑制措施、双向振动、高雷诺数下的大尺度物理实验等，对今后该领域的研究方向进行了力所能及的展望

On Obstacle-navigation Control of Inspection Robot for the Extra-high Voltage Power Transmission Lines

给出了一种超高压输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现方法.根据机器人的作业任务,提出了基于传感器信息、约束信息以及动作反馈信息作为输入,产生式系统作为动作输出的越障控制方式.仿真结果表明此方法对于机器人的越障过程是有效的

Calibration Technology of Visual Measurement System Based on Position Sensitive Detector

位置敏感器件(PSD)具有受光照影响小、数据处理简单的特点,在视觉位姿测量方面具有很大优势。但受PSD传感器自身非线性的影响,其畸变复杂,PSD传感器的标定成为其应用的关键。针对PSD相机和红外发光二极管(LED)光源组成的PSD视觉测量系统,提出了一种PSD相机标定方法。该方法采用多项式模型表征PSD相机畸变,结合传统的针孔成像模型共同构成PSD相机成像模型;利用非线性优化标定相机模型参数;设计了专用的红外LED标定板,实现了PSD视觉测量系统的标定。实验结果表明:该方法对PSD相机的标定精度较高,利用该标定结果进行位姿测量的精度较高,速度较快,可以满足高精度光学测量的需求。</p

Real-time infrared dynamic scene simulation method for multiple objects in sea and sky background

本发明涉及计算机红外成像仿真领域，尤其涉及海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法。本发明包括红外建模、场景构建、红外计算、红外大气传输、红外场景实时生成，最后渲染生成红外场景实时仿真图像。本发明较一般红外场景仿真的优点是：仿真场景内容丰富，能在同一场景中包含海面、天空、舰船及多种型号的飞机；在复杂场景情况下依然能满足实时要求，不仅根据当前数据实时构建动态场景，而且实时模拟生成红外场景图像