仿人淚器的機(jī)器人視野清潔技術(shù)研究.pdf

1、近年來,隨著監(jiān)測項(xiàng)目的增多,對機(jī)器人的視覺要求也逐漸提高,但是由于海洋、湖泊環(huán)境的嚴(yán)重污染及水下雜物的存在,使得機(jī)器人的視覺系統(tǒng)很容易受到污染,從而影響觀察效果,因此,需要一種能夠進(jìn)行清洗的裝置。本課題在博士點(diǎn)基金的支持下,進(jìn)行機(jī)器人視覺傳感器視野自動清潔罩的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了相關(guān)結(jié)構(gòu)的仿真分析與優(yōu)化。
　　首先,在研究了大量的資料的基礎(chǔ)上,本文依據(jù)人眼淚器的結(jié)構(gòu)提出一種具有仿生特點(diǎn)的視覺傳感器自動清潔裝置的設(shè)計(jì)方案。通過分析人眼淚器的

2、生理結(jié)構(gòu)、工作原理及其神經(jīng)控制系統(tǒng),建立仿人眼淚器的視覺傳感器清洗系統(tǒng)組成模型,該裝置可以實(shí)現(xiàn)噴嘴陣列的俯仰和軸向偏轉(zhuǎn),從而對鏡頭罩上的污物目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生不同的清洗效果。
　　其次,在分析三種空化噴嘴的結(jié)構(gòu)形式及其性能的基礎(chǔ)上,確定本論文所要研究的噴嘴類型即角形空化噴嘴。依據(jù)計(jì)算流體力學(xué)理論,通過GAMBIT和FLUENT軟件對不同噴嘴進(jìn)行數(shù)值模擬,選用多相流模型,得到各個角形噴嘴內(nèi)部的壓力和速度分布云圖,壓力和速度曲線圖以及出口的

3、速度值。分析其內(nèi)部的射流速度、壓力等的分布規(guī)律,得到角形空化噴嘴的各個幾何參數(shù)(圓柱段長度、擴(kuò)散段長度、擴(kuò)散角)對噴嘴性能的影響,選出較優(yōu)值,為設(shè)計(jì)更加合理的空化噴嘴提供依據(jù)。
　　然后,將iSIGHT與流體分析前處理軟件GAMBIT和流體分析軟件FLUENT進(jìn)行集成,將GAMBIT和FLUENT中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到iSIGHT中,選用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,以噴嘴的進(jìn)口直徑、收縮角、圓柱段直徑、圓柱段長度、擴(kuò)散段長度及擴(kuò)散角為設(shè)計(jì)變量,確定

4、設(shè)計(jì)變量對噴嘴空化壓力及出口速度的主效應(yīng)和帕累托貢獻(xiàn)率;以噴嘴出口速度最大、產(chǎn)生的空化壓力最小作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),選用可實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化的非劣分層遺傳算法-II(NSGA-II),對噴嘴的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　第四,對不同組合方式(不同的噴嘴數(shù)目,不同的噴嘴與被清洗表面之間的夾角,不同的噴嘴軸向偏角)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、劃分網(wǎng)格、定義邊界條件;然后用FLUENT進(jìn)行仿真計(jì)算,通過對各仿真結(jié)果的對比分析,找出一種組合方式,使之既能達(dá)到較