船用螺旋桨机器人铣削路径规划研究
螺旋桨设计毕业设计
螺旋桨设计毕业设计一、前言1.研究背景和意义螺旋桨是一种将旋转机械能转化为推力的装置，广泛应用于船舶、飞机、潜艇等领域。
螺旋桨的研究背景和意义如下：（1）.提高推进效率：螺旋桨的设计和性能直接影响到船舶、飞机等交通工具的推进效率。
通过研究螺旋桨的流场、水动力性能等，可以优化螺旋桨的设计，提高推进效率，降低能耗。
（2）.改善船舶操纵性：螺旋桨的设计和布局对船舶的操纵性有很大影响。
通过研究螺旋桨的水动力性能和流场分布，可以优化船舶的操纵性，提高船舶的航行安全性。
（3）.降低噪音和振动：螺旋桨在运转过程中会产生噪音和振动，对环境和人员造成不良影响。
通过研究螺旋桨的流场和水动力性能，可以采取相应的措施降低噪音和振动，提高交通工具的舒适性。
（4）.推动新技术的应用：随着计算流体力学（CFD）等新技术的发展，螺旋桨的设计和分析方法也在不断更新。
通过研究螺旋桨的设计和性能，可以推动新技术的应用，提高设计水平和效率。
2.研究目的和问题研究螺旋桨的目的主要包括提高推进效率、降低噪音和振动、改善船舶操纵性以及推动新技术的应用等。
以下是一些目前在螺旋桨研究中存在的问题：（1）.效率提升：尽管现代螺旋桨的设计已经取得了很大的进步，但在某些情况下，仍然存在效率低下的问题。
提高螺旋桨的效率可以降低能耗，减少对环境的影响。
（2）.噪音和振动：螺旋桨在运转过程中会产生噪音和振动，对环境和人员造成不良影响。
降低噪音和振动是螺旋桨研究中的一个重要问题。
（3）.空泡现象：在高航速下，螺旋桨周围的水流可能会产生空泡，从而导致推力下降、噪音增加以及螺旋桨的损坏。
如何有效地控制空泡现象是一个亟待解决的问题。
（4）.材料和制造工艺：螺旋桨在高速旋转和海水腐蚀的环境下工作，因此对材料和制造工艺的要求很高。
开发高性能材料和先进的制造工艺是提高螺旋桨性能的关键。
（5）.多学科优化：螺旋桨的设计涉及到流体力学、结构力学、材料科学等多个学科领域。
如何将这些学科知识有效地整合到螺旋桨的设计过程中，实现多学科优化，是一个具有挑战性的问题。
基于参数化模型的船用螺旋桨的数控加工
基于参数化模型的船用螺旋桨的数控加工苟向锋，朱星辰（天津工业大学机械工程学院，天津300387）CNC machining of marine propeller based on parameterized modelGOU Xiang-feng ，ZHU Xing-chen（School of Mechanical Engineering ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ）Abstract ：To achieve parametric design and CNC machining of propellers袁parameterized mathematical equation for thesurface of the propeller blade is established based on the geometry and forming principle of the propeller blade.The processing technology of the propeller is analyzed袁and the tool position and the tool axis vector for 5-axis machining of propeller are calculated based on the parameterized mathematical equation of the C machining program was obtained by converting the tool position information into the motion coordinates.Finally袁the CNC simulation of the propeller was performed in Vericut.The results show that the design method based on parametric equations improves the design efficiency and accuracy of the blade surface.The simulation results verified the tool path and the CNC program袁meeted the processing requirements of the propeller.The CNCmachining calculation method based on parameterized mathematical model of blade can automatically generateCNC programs and improve the programming efficiency and machining accuracy of the propeller.Key words ：parameterized model ；propeller ；mathematical equation ；CNC machining ；machining simulation摘要：为实现螺旋桨的参数化设计及数控加工，根据螺旋桨桨叶的几何结构和成型原理建立桨叶曲面的参数化数学方程；分析螺旋桨的加工工艺，基于桨叶参数化数学方程计算五轴加工螺旋桨的刀位点和刀轴矢量，并通过后置处理将刀位信息转化为机床运动，得到数控加工程序，在Vericut 中进行螺旋桨数控加工仿真。
船用柴油机关键件铣削加工参数优化的研究
１ ８ ７ 文 章 编 号 ：０ １３ ９ （０ １Ｏ — ｌ８ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）ｌ Ｏ ７ — ３
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ
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第 １ 期 ２１ 年 １ ０１ 月
船 用柴油机 关键件铣 削加 工参数优化 的研 究
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水下机器人的控制算法及应用研究
水下机器人的控制算法及应用研究水下机器人是现代科技的重要成果之一，它在海洋科学、海洋资源开发、海上安全等领域发挥着重要作用。
控制算法是水下机器人运动的灵魂，对其状态估计、路径规划、避障等过程具有至关重要的作用。
本文将对水下机器人的控制算法及应用研究进行介绍。
一、水下机器人的控制算法1.运动控制运动控制是水下机器人控制算法中最基础、最关键的环节，它决定了水下机器人的动态行为。
运动控制可以分为位置控制、速度控制、力控制等多种控制方式。
其中位置控制是比较常用的一种控制方式，它通过控制机器人末端的位置，来实现对机器人的运动轨迹控制。
2.姿态控制水下机器人的姿态控制是通过控制机器人在三维空间中的姿态变化来实现的，高精度的姿态控制可以让机器人在深海环境下更加稳定和灵活的运动。
3.路径规划路径规划是指为机器人规划一条到达目标点的最优路径，并保证机器人在运动过程中能够避开障碍物。
路径规划通常使用启发式算法来实现，如遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。
4.障碍物避障水下机器人在深海环境下面对的挑战极大，其周围存在复杂而不可控的海底障碍物，如岩石、珊瑚等等，因此如何有效地避免障碍物是水下机器人控制的重要问题。
障碍物避障算法可以使水下机器人能够按照预定路径安全地行驶，通常包括传统的模拟避障方法和最新的基于深度学习的方法。
二、水下机器人的应用研究1.海洋科学研究水下机器人在海洋科学研究中扮演着非常重要的角色。
它们可以对深海环境进行多方位的探测与监测，例如：海洋地球物理学、海洋生物学、海洋地质学等。
2.海洋资源勘探与开发随着人类对海洋资源的需求日益增加，不断深入海底开采需求的也日益增加，而水下机器人可以在不依赖于天气、节约时间等多方面优势下，对深水资源进行详细勘探，并可以通过作业手臂等进行高效、快速、精确的开采。
3.海底环境监测海底环境监测是水下机器人的另一个重要应用。
监测海底环境情况可预防海底地震等灾害，提高深海区海上安全方面的水平，同时为资源保护、环保等方面提供有力支持。
基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究
基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究船用螺旋桨是船舶推进系统中至关重要的部件，其影响着船舶的航行性能和能效。
为了提高船舶的推进效率和节能减排，需要对船用螺旋桨进行优化设计和制造。
在这个过程中，基于UG软件的三维建模和数控编程技术成为了不可或缺的工具。
UG（Unigraphics）是一款功能强大的三维设计软件，具有先进的建模和分析功能，可以实现复杂曲面的建模和细节设计。
利用UG软件，可以对船用螺旋桨进行精确的三维建模，包括叶片的设计、螺旋桨的结构等。
通过建模过程，可以快速生成螺旋桨的几何形状，并进行各种仿真分析，验证设计是否符合要求。
在完成三维建模后，需要进行数控编程，将设计好的螺旋桨转化为机器能够识别和加工的代码。
数控编程是将设计好的零件信息转换成机器指令的过程，需要考虑到机床的加工能力和工艺要求。
通过UG软件的CAM功能，可以进行数控编程，生成加工路径和刀具轨迹等信息，确保螺旋桨的加工质量和效率。
同时，基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究还可以实现以下几个方面的优势：1.提高设计效率：利用UG软件的智能建模和分析功能，可以快速设计出符合要求的螺旋桨，减少设计周期和成本。
2.提高加工精度：通过数控编程生成的加工路径可以实现高精度的加工，保证螺旋桨的形状和尺寸准确度。
3.优化性能：通过三维建模和仿真分析，可以对螺旋桨的结构和叶片形状进行优化设计，提高船舶的推进性能和节能效果。
4.减少人为错误：数控编程可以减少人为的操作错误和误差，提高加工的一致性和稳定性。
总的来说，基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究对提高船用螺旋桨的设计制造效率和质量具有重要的意义。
随着船舶工业的不断发展和技术的进步，这些技术将会在航运领域发挥更大的作用，为船舶的推进性能和安全提供更好的支持。
航空用叶片螺旋铣削刀位轨迹规划
航空用叶片螺旋铣削刀位轨迹规划
陈惠贤;刘玉娟
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2008(8)24
【摘要】研究了航空发动机叶片叶身部分的螺旋铣数控加工过程,在螺旋加工的基础上用等高度残留法推导了五坐标数控铣加工的叶片刀位点计算公式.根据叶片特征和数控加工理论,详细讨论了叶身加工过程中的刀位计算方法,在采用端面立铣刀刀具的基础上提出了一种新的螺旋形切触点轨迹的构造方法,有效地避免了刀具过切现象,保证了桨叶的扭角精度和表面粗糙度,减少了后续工序的加工难度.本文的刀位计算方法在叶片螺旋铣加工实践中取得了良好效果,提高了叶片生产效率和加工质量.
【总页数】4页(P6597-6599,6611)
【作者】陈惠贤;刘玉娟
【作者单位】兰州理工大学机电工程学院,兰州,730050;兰州理工大学机电工程学院,兰州,730050
【正文语种】中文
【中图分类】TH164
【相关文献】
1.航空发动机叶片5轴联动铣削加工刀路规划方法 [J], 丰海聪;张明德;杨俊峰;黄智
2.叶片螺旋铣加工刀位计算研究 [J], 仵高升;卜昆;单晨伟;张定华;白瑀
3.组合曲面叶片的螺旋加工刀位轨迹生成 [J], 单晨伟;张定华;刘维伟
4.叶片曲面微结构加工刀位轨迹规划 [J], 蔡永林; 高超峰
5.铣削叶片螺旋面的误差分析与对刀计算新方法 [J], 张杰;杨明亮;王忠魁
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船用螺旋桨项目可行性研究报告申请报告
船用螺旋桨项目可行性研究报告申请报告一、项目背景与目的近年来，全球航运行业发展迅猛，成为国际贸易与经济增长的重要推动力。
而螺旋桨作为船舶的核心动力装置，对船舶的性能、经济性以及环境友好性起着重要作用。
在此背景下，我们申请开展船用螺旋桨项目可行性研究，旨在深入了解市场需求、技术发展以及竞争对手情况，为决策者提供准确、可靠的决策依据。
二、研究内容及方法1.市场需求分析：调研船用螺旋桨在不同航运领域的需求情况，包括货运船、客运船以及海洋工程船等。
2.技术发展分析：研究当前船用螺旋桨的技术发展方向，包括改善性能、提高效率以及减少环境污染等方面。
3.竞争对手分析：调研国内外船用螺旋桨制造商的情况，了解他们的产品特点、市场份额以及竞争优势。
4.可行性评估：综合以上分析结果，评估该项目的市场潜力、技术可行性以及经济收益。
三、研究进展计划及可行性评估1.市场需求分析阶段：收集相关资料，展开市场调研，了解航运领域对船用螺旋桨的需求情况。
预计耗时2个月。
2.技术发展分析阶段：参观螺旋桨制造企业，了解最新技术成果并分析其可行性。
预计耗时1个月。
3.竞争对手分析阶段：收集船用螺旋桨制造商的信息，通过对比分析竞争优势。
预计耗时1个月。
4.可行性评估阶段：根据以上分析结果，评估该项目的市场潜力、技术可行性和经济收益，提出相应建议。
预计耗时1个月。
四、预期成果及应用前景通过船用螺旋桨项目可行性研究，我们预计可以获得以下成果：1.了解航运领域对船用螺旋桨的市场需求情况，明确产品定位和目标市场。
2.分析技术发展趋势，为产品研发提供技术支持和创新方向。
3.了解竞争对手情况，制定有效的市场竞争策略。
4.评估该项目的可行性，为决策者提供决策依据。
该研究报告的应用前景主要包括：1.为船用螺旋桨制造企业提供战略指导和技术支持，帮助企业提高产品竞争力和市场份额。
2.为决策者提供准确、可靠的决策依据，指导其制定发展规划和投资决策。
3.为相关研究机构和学术界提供参考，推动行业的技术发展和创新。
智能水下机器人路径规划方法综述
部路径规划。从规划环境看，可以分为静态路径规划 和动态路径规划。
相比于其他移动机器人，水下机器人任务环境是 大范围三维空间，水下环境的复杂性增大了规划的难 度，同时还要考虑机器人位置、能耗、自身姿态和运 动约束等[6]。本文针对水下机器人的环境特点，根据 具体算法和策略，阐述了从传统到智能各种典型方法 的原理。传统方法包括基于路线图构建法的路径规划 方法、单元分解法、A*和 D*算法以及人工势场法，智 能方法包括基于群智能的路径规划方法和基于机器学
SUN Yu-shan1, WANG Li-feng2, WU Jing2, RAN Xiang-rui1 (1. State Key Laboratory of Autonomous Underwater Vehicle, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China;
收稿日期: 2019 – 06 – 04 作者简介: 孙玉山 (1973 − )，男，教授，研究方向为水下机器人导航、控制和规划系统。
·2·
舰船科学技术
第 42 卷
习的路径规划方法，介绍了各种方法的应用原理以及 在水下机器人路径规划系统的具体应用现状，分析了 各种方法的优缺点和关键技术，重点论述了智能算法 的研究现状，最后展望智能水下机器人路径规划未来 的研究方向。
2. Marine Design and Research Institute of China, Shanghai 200011, China)
Abstract: The path planning is one of the core contents of autonomous underwater vehicle research and it is the key link for autonomous navigation and operation. In this paper, the path planning methods for autonomous underwater vehicle are specifically divided into the traditional and intelligent methods. Traditional methods include path planning based on road map, path planning based on unit decomposition and path planning based on artificial potential field. Intelligent methods include path planning based on swarm intelligence and path planning based on machine learning. In view of the characteristics of the underwater environment, these typical methods are summarized and evaluated respectively. The advantages and disadvantages and key problems of the intelligent methods are analyzed. Finally, the future research direction of the autonomous underwater vehicle path planning method is predicted.
船用螺旋桨多轴铣削加工过程几何一动力学集成仿真分析
江 苏 淮安 ２ ２ ３ ０ ０ １ ）
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得 到的 几何 参数 导 入 铣 削力 和 颤振 稳 定性 模 型 中 ，
得 到铣 削 力和 颤振 稳 定性 仿 真 结 果 ， 并 运 用 Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ
Ｃ＋ ＋ 和 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ等 软 件 混合 编程 技 术 开 发 了相 应
的仿真 系统 。
关 键词 ： 船 用螺旋 桨 ； 多 轴铣 削加 工 ； 几 何 仿真 ； 动力学 仿真
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２ ＵＧ模型的处理
２．１ 干涉区域与非干涉区域的分界线的确定 在使用末端加有电主轴的工业机器人进行螺旋
桨叶面的铣削时如不考虑前倾角和侧倾角，根据螺 旋桨及机器人末端的电主轴的结构可确定出干涉区 域与非干涉区域的分界线。机器人铣削螺旋桨示意 图如图 ２所示，螺旋桨叶面的干涉区域和非干涉区 域如图 ３所示。 分界线的确定步骤：首先，抽取前一叶面的随边
董辉跃等［２］针 对 螺 旋 铣 削 加 工 参 数 进 行 正 交 试验研究，建立周向铣削力和表面粗糙度的经验模 型，进行加 工 参 数 优 化，使 机 器 人 系 统 加 工 性 能 稳 定。熊晓飞［３］基于 ＵＧ平台，开发机器人磨削轨迹 规划模块，实现螺旋桨磨削加工路径的优化。王桃 峰［４］对船用螺旋桨的数控加工工艺进行了研究，认 为螺旋桨采用多轴加工相对于三轴增加了两个或两 个以上的自由度，有利于加工自由曲面，提高了加工 工件质量。张斌等［５］以 ＯｐｅｎＣａｓｃａｄｅ为几何造型 技术开发平台，以改进的 ＣＣ路径截面线法为轨迹 生成方法，通过对约束面间距进行动态调整，改进了 传统 ＣＣ路径截面线法刀轨疏密不一致的问题，从 而能够提高机器人铣削加工精度。徐玲等［６］以 ＵＧ 的 ＣＡＭ模块为平台，辅以 ＵＧＯＰＥＮ／ＡＰＩ和 ＶＣ＋＋ 两个主要的开发工具，将各类参数设置、刀轨计算和 后处理等功能集成起来，实现了船用螺旋桨数控编 程的集成化、自动化和智能化。蔡潘［７］基于 ＵＧ二
第 ３５卷 第 ４期 ２０１８年 ８月
江苏船舶 ＪＩＡＮＧＳＵＳＨＩＰ
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１８
船用螺旋桨机器人铣削路径规划研究
舒永东，张道翔，柳德君
（南京高精船用设备有限公司，江苏 南京 ２１１１０３）
摘 要：针对工业机器人铣削加工船用螺旋桨过程中会产生干涉问题，在路径规划时将螺旋桨叶面分割为干涉
０ 引言
船用螺旋桨是一种典型的自由曲面零件，作为 船舶动力系统中的重要部件之一，其曲面形状及制 造精度直接决定了船舶推进的动力和噪声的大小。 船用螺旋桨的桨叶形状复杂，且各个桨叶之间存在 重叠区域，导致其加工费时、费力，加工精度和效率 难以提 高［１］。所 以，如 何 高 效 且 精 确 地 加 工 螺 旋 桨，一直是该领域研究热点。
图 ３ 螺旋桨叶面的干涉区域和非干涉区域
２．２ 曲面的重建 由于螺旋桨的设计模型中叶面与叶背的交线处
有一定的曲率，这将导致直接在设计模型的叶面上 进行路径规划时产生刀轴矢量的突变，进而影响螺 旋桨的加工，所以在 ＵＧ中进行曲面重建，对叶面进 行扩大是必要的。
区域和非干涉区域。对于两个区域使用不同的工具进行路径规划和后处理，有效地解决了工业机器人加工螺旋
桨过程中的干涉问题，也从一定程度上提高了工业机器人铣削加工螺旋桨的精度。
关键词：船用螺旋桨；工业机器人；铣削；路径规划
中图分类号：Ｕ６６４．３３
文献标志码：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９６４６／ｊ．ｃｎｋｉ．３２１２３０．２０１８．０４．００５
收稿日期：２０１８０５２５ 基金项目：本论文受到 ２０１５年江苏省重点研发计划《船用螺旋桨叶 片机器人铣削关键技术研发与应用》的支持 作者简介：舒永东（１９７６—），男，高级工程师，硕士，从事船舶设备的 设计与制造研究。
次开发功能，搭建了桨叶参数化建模平台，针对可调 距螺旋桨叶片的数控铣削加工，分析了加工工艺流 程，研究 了 参 数 选 择 依 据 及 桨 叶 铣 削 策 略。熊 晓 飞［３］基于计算流体力学基础理论，建立螺旋桨水动 力学数值模型，通过编程实现 ＵＧ平台下螺旋桨曲 面铣削的轴向切深参数优化功能模块的开发。
１７
实线—涉及工业机器人的步骤；虚线—非涉及工业机器人的步骤 图 １ 螺旋桨加工工艺技术路线
图 ２ 机器人铣削螺旋桨示意图
图 ４ 曲面重构显示
３ 路径规划
将螺旋桨叶面进行干涉区域与非干涉区域的划 分之后，在进行路径规划时，将路径规划分为干涉区 域、非干涉区域及桨毂的路径规划。 ３．１ 非干涉区域的路径规划
第 ４期
舒永东，等：船用螺旋桨机器人铣削路径规划研究
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
曲线，投影至将要进行路径规划的叶面上；然后，进 行曲线偏置，偏置距离为机器人电主轴刀具中心到 电主轴边缘的距离加上一个安全距离。抽取叶根处 叶面与桨毂的交线，在叶面上偏置同样的距离后对 两条曲线进行修剪形成干涉区域与非干涉区域的分 界线。
非干涉区域的曲面，结果图如图 ４所示。
针对船用螺旋桨曲面形状复杂、精度要求高、存 在重叠区域的特点，本文结合螺旋桨的形状结构特 点，使用 ＵＧ软件对螺旋桨的曲面进行分割处理，以 方便于不同位置的加工；同时对处理后的模型进行 路径规划及后处理，完成螺旋桨的加工。
１ 船用螺旋桨加工工艺技术路线
船用螺旋桨的毛坯件为铸件，铸造完成后，浇注 口一般会留有残留材料，所以铸造完成之后需要人 工清除冒口处的多余部分。同时，在螺旋桨桨毂中 心完成轴孔的加工及桨毂端面的加工，并以其作为 基准面，从而保证后续安装定位精度。装夹定位完 成后，需要对坐标系进行标定，进而进行叶面和叶背 的非干涉区域与干涉区域的加工，最后进行磨抛和 检验。螺旋桨加工工艺技术路线如图 １所示。