[發(fā)明專利]一種水下機器人外形結構優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111246717.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113987702A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設計）人: 張黎明;沈研;劉鵬飛;榮磊;張帥;焦猛;陳玉清;肖紅光;陳玲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李娜

本發(fā)明公開一種水下機器人外形結構優(yōu)化方法，包括以下步驟：外形設計、整合建模、浮心位置確定、浮力差計算和總壓力計算；本發(fā)明先根據(jù)水下機器人的清理對象和清理任務對水下機器人的外形結構和工作部件進行輻射環(huán)境下針對性的設計，再對水下機器人的外形結構和工作部件進行整合建模，接著通過仿真模型的出水下機器人在水下工作時的性能要求，包括浮心位置的確定、重量的確定以及外形結構的材料與規(guī)格選擇，從而使設計出的水下機器人外形結構性能較強，可以滿足實際水下工作要求，且內(nèi)嵌式的結構設計和布置，保證了水下機器人的各個不見能夠得到較好裝配與銜接，保證了水下機器人的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人外形設計技術領域，尤其涉及一種水下機器人外形結構優(yōu)化方法。

背景技術

核能作為一種清潔且經(jīng)濟的能源，在軍事、醫(yī)療、工業(yè)等領域的應用越來越廣泛，核反應堆在使用和發(fā)展的同時，必然會進入維修、換料或退役階段，在處理這些階段時存在著放射性沾染的風險，目前我國有大量的實驗科研堆、軍用堆、發(fā)電堆等反應堆需進行維修、換料或退役處理，在核反應堆進行維修、換料和退役的技術中，關鍵在于清除壓力容器等相關設施設備和材料表面的放射性沾染，以保證外界環(huán)境與人員的安全，傳統(tǒng)的壓力容器放射性污染物清理工作大都為人工使用超聲波清洗，但效率較低，效果較差，安全性也得不到保證；

而隨著科技的發(fā)展，利用水下機器人代替工人的方式以實現(xiàn)放射性物質(zhì)清理作業(yè)逐漸被應用，目前在水下機器人的設計過程中，還沒有對其外形結構進行有效優(yōu)化的方法，水下機器人設計完成后制造出的成品在性能方面有所不足，不能滿足實際水下工作的使用需求，因此，本發(fā)明提出一種水下機器人外形結構優(yōu)化方法以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種水下機器人外形結構優(yōu)化方法，該方法先根據(jù)水下機器人的清理對象和清理任務對水下機器人的外形結構和工作部件進行輻射環(huán)境下針對性的設計，再對水下機器人的外形結構和工作部件進行整合建模，接著通過仿真模型的出水下機器人在水下工作時的性能要求，包括浮心位置的確定、重量的確定以及外形結構的材料與規(guī)格選擇，從而使設計出的水下機器人外形結構可以滿足水下工作要求。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：一種水下機器人外形結構優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟一：外形設計

先確定水下機器人的清理對象和清理任務，再根據(jù)水下機器人的清理對象和清理任務對水下機器人的外形結構和工作部件進行輻射環(huán)境下針對性的設計；

步驟二：整合建模

通過建模軟件對水下機器人的外形結構和工作部件進行整合建模，并調(diào)整各組件的分布位置，使水下機器人的整體重力和所受浮力處于同一鉛垂線上；

步驟三：浮心位置確定

先由水下機器人的工程圖獲得設計水線長，再計算水下機器人設計水線以下的排水容積，接著通過查閱浮心函數(shù)曲線圖得出水下機器人吃水的函數(shù)曲線的具體數(shù)值，最后通過浮心坐標公式計算水下機器人的浮心位置；

步驟四：浮力差計算

先利用建模軟件估算水下機器人的總質(zhì)量，再計算水下機器人整體所受重力值，接著計算水下機器人所受浮力值，隨后根據(jù)重力值和浮力值計算水下機器人所受浮力差值，然后根據(jù)浮力差值調(diào)節(jié)水下機器人上配重塊的重量和體積，實現(xiàn)水下機器人在水中的受力平衡狀態(tài)；

步驟五：總壓力計算

將建模軟件中建立的水下機器人外形模型導入至模擬分析工具，根據(jù)水下機器人在壓力容器內(nèi)部工作時的最大水深以及液體壓強公式，計算水下機器人受到的最大水壓為：

P_水＝ρ_水×g×h_max