仿人淚器的機器人視野清潔技術研究.pdf

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

2、生理結構、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,該裝置可以實現(xiàn)噴嘴陣列的俯仰和軸向偏轉,從而對鏡頭罩上的污物目標區(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構形式及其性能的基礎上,確定本論文所要研究的噴嘴類型即角形空化噴嘴。依據(jù)計算流體力學理論,通過GAMBIT和FLUENT軟件對不同噴嘴進行數(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、擴散段長度、擴散角)對噴嘴性能的影響,選出較優(yōu)值,為設計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進行集成,將GAMBIT和FLUENT中的數(shù)據(jù)導入到iSIGHT中,選用正交試驗設計方法,以噴嘴的進口直徑、收縮角、圓柱段直徑、圓柱段長度、擴散段長度及擴散角為設計變量,確定

4、設計變量對噴嘴空化壓力及出口速度的主效應和帕累托貢獻率;以噴嘴出口速度最大、產(chǎn)生的空化壓力最小作為優(yōu)化目標函數(shù),選用可實現(xiàn)全局優(yōu)化的非劣分層遺傳算法-II(NSGA-II),對噴嘴的各個結構參數(shù)進行優(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)的結構進行建模、劃分網(wǎng)格、定義邊界條件;然后用FLUENT進行仿真計算,通過對各仿真結果的對比分析,找出一種組合方式,使之既能達到較