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欠驱动型ROV设计与纵倾优化

工程设计学报 2024年

作者：许哲代威曹宇李永国张舜上海海洋大学工程学院上海遨拓深水装备技术开发有限公司

针对遥控无人潜水器(ROV)高速航行时，受流场作用导致纵倾幅值、角度变化较大等问题，提出通过ROV扩展底盘和尾翼参数搭配选择的方法，使欠驱动型ROV能够以零纵倾或微纵倾高速运动。采用格子玻尔兹曼方法(LBM)，通过壁面自适应细化算法... 详细信息

针对遥控无人潜水器(ROV)高速航行时，受流场作用导致纵倾幅值、角度变化较大等问题，提出通过ROV扩展底盘和尾翼参数搭配选择的方法，使欠驱动型ROV能够以零纵倾或微纵倾高速运动。采用格子玻尔兹曼方法(LBM)，通过壁面自适应细化算法，结合结构参数进行六自由度仿真实验，模拟ROV航行运动。对扩展底盘和尾翼单独进行数值分析，得到扩展底盘、尾翼与纵倾幅值、角度的关系。通过对相似航行表现的ROV的旋转力矩进行数值比较，确定在相同扩展底盘条件下，ROV稳定性与尾翼的关系。进行扩展底盘和尾翼的正交实验，利用遗传算法对实验方案纵倾数据进行拟合，根据拟合多项式为ROV最终设计提供参考。结合实际需求，确定参数，实测验证拟合多项式和优化设计的正确性。结果表明，通过扩展底盘和尾翼结构的合理搭配可以有效减小纵倾幅值，最终使ROV在无幅值补偿时以微纵倾进行航行运动。研究可为有关水下装置纵倾运动的改善提供参考和数据支撑。

关键词：格子玻尔兹曼方法纵倾六自由度仿真结构优化

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欠驱动型ROV改进设计与纵倾优化

工程设计学报 2024年第4期31卷 483-490页

作者：许哲代威曹宇李永国张舜上海海洋大学工程学院上海201306 上海遨拓深水装备技术开发有限公司上海201306

针对无人遥控潜水器(remotely operated vehicle,ROV)在高速航行时因受流场作用而导致纵倾幅值、纵倾角度变化较大的问题,提出通过搭配选择扩展底盘和尾翼结构参数的方法来实现欠驱动型ROV的零纵倾或微纵倾高速运动。基于格子玻尔兹曼方... 详细信息

针对无人遥控潜水器(remotely operated vehicle,ROV)在高速航行时因受流场作用而导致纵倾幅值、纵倾角度变化较大的问题,提出通过搭配选择扩展底盘和尾翼结构参数的方法来实现欠驱动型ROV的零纵倾或微纵倾高速运动。基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM),通过壁面自适应细化算法,结合ROV的结构参数进行六自由度仿真实验,以模拟ROV的航行运动。对扩展底盘和尾翼高度不同的ROV分别进行数值分析,得到扩展底盘、尾翼的结构参数与ROV纵倾幅值、纵倾角度的关系。通过对航行表现相似的ROV的旋转力矩进行比较,确定了在相同扩展底盘条件下ROV的稳定性与尾翼高度的关系。开展了扩展底盘和尾翼结构优化正交实验,利用遗传算法对不同实验方案下ROV的纵倾数据进行了拟合处理。结合实际需求确定了扩展底盘和尾翼的高度,并通过实际测试验证了ROV纵倾优化设计方案的正确性。结果表明,合理搭配扩展底盘和尾翼的结构可有效减小欠驱动型ROV的纵倾幅值,从而实现ROV在无幅值补偿时的微纵倾航行运动。研究结果可为相关水下装置纵倾运动的改进提供参考。

关键词：无人遥控潜水器格子玻尔兹曼方法纵倾六自由度仿真结构优化

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水面垃圾清理机器人结构及自主控制研究综述

计算机工程与应用 2024年第11期60卷 17-31页

作者：盘姿君王建华郑翔田雨田逸宁张梦迪王浩铸车文博上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306 上海遨拓深水装备技术开发有限公司上海201306

水面垃圾日益增多,传统清理方式在安全、效率和智能方面难以满足应用的需求,水面垃圾清理机器人应运而生,成为该领域的研究焦点。经过20多年的发展,水面垃圾清理机器人已从研究进入实际应用阶段,出现了很多结构类型,实现了从垃圾检测到... 详细信息

水面垃圾日益增多,传统清理方式在安全、效率和智能方面难以满足应用的需求,水面垃圾清理机器人应运而生,成为该领域的研究焦点。经过20多年的发展,水面垃圾清理机器人已从研究进入实际应用阶段,出现了很多结构类型,实现了从垃圾检测到收集的全自主作业,积累了大量的文献,但目前还没有较全面的综述。梳理了相关研究文献,对水面垃圾清理机器人的结构进行了归类,总结了各类型的特点;分析了水面垃圾清理机器人自主控制系统的典型结构,探讨了其感知、决策和控制三大关键技术。最后,针对应用场景提出的挑战,对水面垃圾清理机器人的发展趋势进行了讨论,以期为水面垃圾清理机器人的进一步研究和应用提供参考。

关键词：机器人水面垃圾收集机构自主控制

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地下封闭水体内多无人艇协同的视觉定位方法

计算机应用 2024年

作者：车文博王建华郑翔吴恭兴张舜王浩铸航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室(上海海事大学) 上海遨拓深水装备技术开发有限公司

针对无人艇（USV）在地下封闭水体中卫星定位信号缺失、通信受限、环境光线弱等问题，本文提出一种地下封闭水体内多无人艇协同的视觉定位方法。首先，设计了一种艇载光源合作标志物，根据艇身结构与应用场景对标志物结构进行优化；其... 详细信息

针对无人艇（USV）在地下封闭水体中卫星定位信号缺失、通信受限、环境光线弱等问题，本文提出一种地下封闭水体内多无人艇协同的视觉定位方法。首先，设计了一种艇载光源合作标志物，根据艇身结构与应用场景对标志物结构进行优化；其次，采用单目视觉采集标志物图像，求取特征点的图像坐标；再次，根据摄像机成像模型，通过合作标志物特征点的空间坐标及其对应的图像坐标之间的关系，通过改进直接线性变换方法求解相邻艇间的相对位置；继次，利用前后艇的摄像机进行艇间对视，通过最小方差算法，融合根据前后艇摄像机图像求解的相对位置，提高相对定位精度；最后，利用场景中已知的绝对坐标，获得各无人艇的绝对位置。仿真实验对影响定位误差的因素进行分析，并与传统直接线性变换方法对比，随着距离的增加，本文方法效果更趋明显，在距离15m时求解的位置方差稳定在0.2m2以内，验证了本文方法的准确性。静态实验表明，本文方法能够将相对误差稳定在10.0%以内；通过地下河道内的动态实验，求解绝对定位的航行轨迹，达到与卫星定位相当的精度，验证了本文方法的可行性。

关键词：无人艇协同定位单目视觉合作标志地下封闭水体

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多方法协同的水下排污口排查技术体系应用

环境工程 2024年第5期42卷 139-146页

作者：陈超张洪星张海涛钱建华同济大学海洋与地球科学学院上海200092 上海遨拓深水装备技术开发有限公司上海200135

入河(海)排污口等点源污染与地表水环境质量密切相关,也是造成生态环境污染的主要原因。科学、有效地监测、评价和整治水环境污染,系统全面地掌握入河(海)排污口的各项数据并纳入水生态环境智能监测监管系统数据库中至关重要。针对水下... 详细信息

入河(海)排污口等点源污染与地表水环境质量密切相关,也是造成生态环境污染的主要原因。科学、有效地监测、评价和整治水环境污染,系统全面地掌握入河(海)排污口的各项数据并纳入水生态环境智能监测监管系统数据库中至关重要。针对水下排污口难以排查取证的技术痛点,基于声学、光学等多种探测手段建立了1套多源数据融合的水下排污口二级排查技术体系。以上海市某镇河道水下排污口排查为例,通过多方法协同,在累计35.5 km的岸线排查区域内共识别定位了51处疑似水下排污口,其中49处复核确认存在,排查成功率为96.1%。具体的,新发现水下排污口18处,已有登记的水下排污口31处也均被识别发现,即对已知水下排污口的排查成功率达到100%,进一步验证了二级排查技术体系的可靠性,为透明规范排污、科学精准治污及生态环境保护提供了翔实的基础数据。

关键词：水下排污口排查技术多源数据生态环境保护

基于ANSYS的小型水利工程绞车滚筒的轻量化设计

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盐城工学院学报（自然科学版） 2024年第2期37卷 73-78页

作者：任龙王斌沈勤盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051 上海海洋可再生能源工程技术研究中心上海201306 上海遨拓深水装备技术开发有限公司上海201306

针对水利工程绞车滚筒轻量化设计要求,通过分析滚筒及滚筒侧板受力并结合Capstan方程和层压效应,计算多层缠绕滚筒的缠绕应力和横向应力;应用双阶段结构优化策略,提出了基于滚筒侧板承受侧向静态载荷的综合分析模型和仿真分析,先通过减... 详细信息

针对水利工程绞车滚筒轻量化设计要求,通过分析滚筒及滚筒侧板受力并结合Capstan方程和层压效应,计算多层缠绕滚筒的缠绕应力和横向应力;应用双阶段结构优化策略,提出了基于滚筒侧板承受侧向静态载荷的综合分析模型和仿真分析,先通过减材实现轻量化,再通过增加加强筋增强结构的承载力和刚性。仿真结果表明,优化后的结构在满足强度要求的同时,实现了轻量化,滚筒质量减轻了21.7%。

关键词：水利工程绞车轻量化滚筒有限元分析

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中海油陵水气田首台高压收球筒分析设计

石油化工设备 2024年第2期53卷 59-65页

作者：陈林袁豆少刚贾磊刘维康梁海亮王海鹏谢腾腾陈建华中海石油(中国)有限公司海南分公司海南海口570100 上海蓝滨石化设备有限责任公司上海201518 中海油能源发展装备技术有限公司加工制造分中心广东湛江524057 中海油能源发展装备技术有限公司湛江分公司广东湛江524000

在石油运输管道建设与维护中,清管作业十分关键。收球筒是管道清管作业中必不可少的设备,其壳体接管开孔区域是承压薄弱部位,最易发生破坏。采用ANSYS17.0有限元分析软件,根据收球筒的主要设计条件和结构参数,按照JB 4732—1995 《钢制... 详细信息

在石油运输管道建设与维护中,清管作业十分关键。收球筒是管道清管作业中必不可少的设备,其壳体接管开孔区域是承压薄弱部位,最易发生破坏。采用ANSYS17.0有限元分析软件,根据收球筒的主要设计条件和结构参数,按照JB 4732—1995 《钢制压力容器——分析设计标准(2005年确认)》的规定,对中海油陵水气田首台高压收球筒壳体多个开孔区域的主要受压元件进行应力分析与强度评定。结果表明,分析设计的高压收球筒满足应力强度评定要求,符合工程项目验收条件。

关键词：收球筒超深水气田高压应力有限元分析强度评定

盾构辅助驾驶系统(SDAS)开发与工程应用

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隧道建设（中英文） 2024年第S01期44卷 53-61页

作者：裴烈烽李章林朱叶艇王延年姜乐王浩上海隧道工程有限公司上海200232 上海城建隧道装备有限公司上海200137

鉴于当前盾构人工驾驶操作准确度不稳定而盾构智能化控制技术尚未完全成熟的现实,以解决传统操作界面可视化程度低、关键信息参数离散不均、盾构施工风险预警与管控能力不足等问题,提出一种盾构辅助驾驶系统,重点阐述系统整体架构、报... 详细信息

鉴于当前盾构人工驾驶操作准确度不稳定而盾构智能化控制技术尚未完全成熟的现实,以解决传统操作界面可视化程度低、关键信息参数离散不均、盾构施工风险预警与管控能力不足等问题,提出一种盾构辅助驾驶系统,重点阐述系统整体架构、报警信息叠加融合处理、权限控制逻辑设计、可视化系统构建等方面。在不改变原有设计的基础上,通过系统外挂的方式搭载于不同来源的盾构装备,聚焦盾构姿态与地表沉降控制,进行盾构施工状态的实时分析、报警与决策。经南京地铁某区间隧道工程示范结果表明,盾构辅助驾驶系统建议操作与人工操作吻合度超60%,盾构姿态与地表沉降控制质量优于人工作业水平。后续将进一步完善对智控算法模型的评价与孵化方法,通过对多类新智能化技术的插件式加载,提升平台的完整性、可靠性和友好性。

关键词：盾构辅助驾驶系统架构报警机制工程应用

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深水油气平台水下结构运维机器人技术进展

科技导报 2024年第13期42卷 6-15页

作者：姜哲赵宇黄建虾王芳陈祎罗传坤罗高生上海海洋大学工程学院上海深渊科学工程技术研究中心上海201306 上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司上海200231 中海油能源发展装备技术有限公司天津415599

“深海一号”半潜式生产储油平台的投入使用标志着中国深水油气田开发能力和深水海洋工程装备建造水平实现了走进深水的重大跨越。总结了近10年海洋工程领域新型的水下结构运维专用机器人,综述了清洗、检测和维修等水下运维机器人技术... 详细信息

“深海一号”半潜式生产储油平台的投入使用标志着中国深水油气田开发能力和深水海洋工程装备建造水平实现了走进深水的重大跨越。总结了近10年海洋工程领域新型的水下结构运维专用机器人,综述了清洗、检测和维修等水下运维机器人技术国内外发展现状,分析了新型机器人所特有的共性关键技术问题,探讨了基于路径规划与自主导航的水下自主作业技术、基于数字孪生与人工智能技术的水下运维作业模拟与应急预案评估、多传感器融合的水下作业技术等水下运维机器人智能化技术发展趋势。

关键词：深水油气平台水下运维机器人智能化