水下機(jī)器人技術(shù)

水下機(jī)器人技術(shù)水下機(jī)器人技術(shù)中國(guó)海洋大學(xué)本科Th課程大綱課程名稱課程名稱課程屬性水下機(jī)器人技術(shù)UnderwaterRobotTechnology專業(yè)知識(shí)課程代碼082103201253課程性質(zhì)選修學(xué)分實(shí)踐學(xué)時(shí)32/2責(zé)任教師穆為磊課外學(xué)時(shí)課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識(shí)教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識(shí)/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修一、課程介紹1.課程描述：水下機(jī)器人技術(shù)是海洋特色顯著的專業(yè)性選修課程之一，對(duì)培養(yǎng)具有機(jī)械專業(yè)知識(shí)的海洋裝備研發(fā)人才有積極的作用。課程包括水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)、能源及動(dòng)力系統(tǒng)、推進(jìn)與舵、導(dǎo)航與定位等部分。通過(guò)課程的學(xué)時(shí)和實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生參數(shù)計(jì)算、設(shè)備選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)編程的能力，并能夠利用這些理論和方法，對(duì)水下機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行控制、升級(jí)和改造等。2.設(shè)計(jì)思路：開(kāi)設(shè)依據(jù)：通過(guò)課程基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算、選型和設(shè)計(jì)的方法，并將以上方法應(yīng)用到水下機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算、分析和研究中1.41.623水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)●●（支撐畢業(yè)要求的能力1.41.1.41.623水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)●●能源及推進(jìn)設(shè)計(jì)能源及推進(jìn)設(shè)計(jì)●●●操縱與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)●吊放回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)●●●課程內(nèi)容：（一）第一章緒論：簡(jiǎn)要介紹水下機(jī)器的產(chǎn)生于發(fā)展歷程、分類與用途及特點(diǎn)，并用幾個(gè)案例進(jìn)行分析，使得學(xué)生對(duì)水下機(jī)器人有初步認(rèn)識(shí)。（二（三）第三章能源及動(dòng)力裝置：學(xué)生將掌握水下機(jī)器人常用的電池能源、內(nèi)外燃機(jī)、電力裝置和液壓裝置的種類和功能等，培養(yǎng)學(xué)生選擇和設(shè)計(jì)合理的能源裝置的能力。（四）（五）第五章導(dǎo)航與定位系統(tǒng)：學(xué)生將認(rèn)識(shí)到推算導(dǎo)航、水聲導(dǎo)航與定位、典型導(dǎo)航系統(tǒng)和終端導(dǎo)航等4種典型的導(dǎo)航方式。（六（七）第七章吊放回收系統(tǒng)：學(xué)生將學(xué)習(xí)吊放回收的相關(guān)裝置和吊放回收中的連接裝置設(shè)計(jì)，及有纜式水下機(jī)器人的纜控系統(tǒng)。（八）第八章系統(tǒng)及設(shè)備：將介紹水下機(jī)械手、重量與浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、縱傾調(diào)節(jié)系統(tǒng)和生命支持系統(tǒng)等。（九）第九章水下機(jī)器人的應(yīng)用：介紹有人水下機(jī)器人、無(wú)人有纜水下機(jī)器人和無(wú)人無(wú)纜水下機(jī)器人的應(yīng)用情況。課程與其他課程的關(guān)系：先修課程：機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，電工電子學(xué)，機(jī)電控制系統(tǒng)、液壓與氣壓傳動(dòng)。本課程與這五門課程密切相關(guān)，其中機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和電工電子學(xué)是本專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)原理和電子控制器件原理；機(jī)電控制系統(tǒng)讓學(xué)生掌握機(jī)電設(shè)備的控制的基礎(chǔ)知識(shí)。本課程是連接前面課程的紐帶，通過(guò)水下機(jī)器人的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣控制的融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生的海洋裝備的設(shè)計(jì)能力。二、課程目標(biāo)本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)和工程設(shè)計(jì)能力，達(dá)到華盛頓公約規(guī)定的國(guó)際工程師認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的工程技術(shù)人才。學(xué)生將對(duì)水下裝備遵循的機(jī)械電氣規(guī)范增進(jìn)認(rèn)識(shí)，樹(shù)立準(zhǔn)確獲取和計(jì)算工程數(shù)據(jù)的工程意識(shí)。學(xué)生將提高查閱資料、使用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的能力，做到基于規(guī)范和設(shè)計(jì)方法來(lái)分析和設(shè)計(jì)水下機(jī)器人。三、學(xué)習(xí)要求水下機(jī)器人技術(shù)是一門海洋特色顯著的應(yīng)用型綜合性的課程。通過(guò)本門課程和相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以作為一名水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程或電氣控制工程師。如果要?jiǎng)偃芜@些職位，在校期間學(xué)生不僅要掌握扎實(shí)的理論知識(shí)和專業(yè)技能，而且要有一定的經(jīng)濟(jì)常識(shí)，做到技術(shù)上先進(jìn)經(jīng)濟(jì)上合理。因此，學(xué)生務(wù)必做到：（1）按時(shí)上課,上課認(rèn)真聽(tīng)講，積極參與課堂討論、作業(yè)典型案例分析。本課程將包含較多的課下作業(yè)、討論、小組作業(yè)展示等課堂活動(dòng)。（2）保質(zhì)保量的按時(shí)完成課下作業(yè)。針對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)均有書(shū)面作業(yè)需要提交，只有在作業(yè)中才能夠不斷掌握所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（3）積極搜集和學(xué)習(xí)各種案例，爭(zhēng)取編程實(shí)現(xiàn)案例的功能需求。不斷的深入練習(xí)才能快速地設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)各種功能的水下機(jī)器人系統(tǒng)。四、教學(xué)進(jìn)度序號(hào)

專題或主題

計(jì)劃 主要內(nèi)容概述課時(shí)

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)等第1章概述 2第2章水下機(jī)器 2人結(jié)構(gòu)第2章水下機(jī)器 2人結(jié)構(gòu)第3章能源及動(dòng) 2力裝置第3章能源及動(dòng) 2力裝置4章推進(jìn)器與6 2舵4章推進(jìn)器與7 2舵

水下機(jī)器人的產(chǎn)生、發(fā)展、分類、用途及特點(diǎn)典型水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)觀察與分析電池能源、內(nèi)外燃機(jī)、電力裝置、液壓裝置典型水下機(jī)器人能源供給系統(tǒng)分析及電路分析水下機(jī)器人的各種推進(jìn)器航向控制及推進(jìn)器的配置軸的密封方法推進(jìn)器推力測(cè)試平臺(tái)推進(jìn)器推力特性曲線測(cè)試5章導(dǎo)航與定8位系統(tǒng)

2 推算導(dǎo)航、水聲導(dǎo)航與定位、典型導(dǎo)航系統(tǒng)、終端導(dǎo)航6章操縱與控9 2制

水下機(jī)器人的操縱性水下機(jī)器人的控制10106章操縱與控2制水下機(jī)器人操縱性與控制性實(shí)驗(yàn)117章吊放回收2系統(tǒng)128章系統(tǒng)及設(shè)2備吊放回收裝置吊放回收中的連接裝置有纜式水下機(jī)器人的控纜系統(tǒng)水下機(jī)械手重量與浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)縱傾調(diào)節(jié)系統(tǒng)生命支持系統(tǒng)138章系統(tǒng)及設(shè)2水下機(jī)械手設(shè)計(jì)備149章水下機(jī)器2有人水下機(jī)器人的應(yīng)用人的應(yīng)用159章水下機(jī)器2無(wú)人有纜水下機(jī)器人的應(yīng)用人的應(yīng)用169章水下機(jī)器2無(wú)人無(wú)纜水下機(jī)器人的應(yīng)用人的應(yīng)用五、參考教材與主要參考書(shū)教材：《水下機(jī)器人》 張銘均主編 海洋出版社 2000年第1版；參考書(shū)：《水下機(jī)器人》 蔣新松封錫盛王棣棠主編 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2000年第1版；六、成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式 D 閉卷考試開(kāi)卷考試論文考查其他（二）成績(jī)綜合評(píng)分體系：成績(jī)綜合評(píng)分體系成績(jī)綜合評(píng)分體系比例%1.課下作業(yè)、課堂討論及平常表現(xiàn)總計(jì)七、學(xué)術(shù)誠(chéng)信學(xué)習(xí)成果不能造假，如考試作弊、盜取他人學(xué)習(xí)成果、一份報(bào)告用于不同的課程等，均屬造假行為。他人的想法、說(shuō)法和意見(jiàn)如不注明出處按盜用論處。本課程如有發(fā)現(xiàn)上述不良行為，將按學(xué)行為。他人的想法、說(shuō)法和意見(jiàn)如不注明出處按盜用論處。本課程如有發(fā)現(xiàn)上述不良行為，將按學(xué)校有關(guān)規(guī)定取消本課程的學(xué)習(xí)成績(jī)。八、大綱審核教學(xué)院長(zhǎng)： 院學(xué)術(shù)委員會(huì)簽章：-1-部分大直徑人工挖孔樁水下混凝土澆筑施工專項(xiàng)方案一、編制依據(jù)本方案以工程施工圖紙及以下規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)編制1、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》2、《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》3、《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》4、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5、《水工混凝土施工規(guī)范》二、工程概況粵電信息交流管理中心位于廣州天河?xùn)|2號(hào)粵電廣場(chǎng)北側(cè)，東面為民居住宅樓，北面為寫(xiě)字樓，西面為市政大路；本工程為地下5層，地上32層框架-核心筒結(jié)構(gòu)，總建筑面積，建筑高度為本工程±0.000m8.900m。本工程基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)20.5m，70m，61m；地下室擬采用逆作法，基層圍護(hù)采用地下連續(xù)墻（混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，地下連續(xù)墻兼作地下室外墻的一部分。本工程采用人工挖孔灌注樁，大部分樁臺(tái)面標(biāo)高-19.85m；孔深由負(fù)一層地面起計(jì)約24m，3～10m；人工挖孔樁共計(jì)68frp15MPa。68條基樁全部采用人工挖孔成孔，樁基開(kāi)挖時(shí)正處于雨水多發(fā)季節(jié)，當(dāng)樁基挖至設(shè)計(jì)要求時(shí)，由于下雨、基坑滲漏及地下水上涌，孔樁內(nèi)普通有4-6m38#39#66#人工挖孔樁成孔后樁孔內(nèi)積水深度達(dá)14m以上，其成樁施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量，因此我們選用科學(xué)合理的施工工藝，擬采用C35水下混凝土澆筑方式施工。本次擬采用水下混凝土澆筑的38#3000mm，32m，16m，地下涌水水面至孔底深16m；39#1800mm，3000mm，從負(fù)一層基28m，12m，14m；66#人工挖孔4000mm，擴(kuò)大頭直徑分別5000mm，從負(fù)一層基坑面起計(jì)成孔深度分別33m，13m，16m；三、施工準(zhǔn)備1、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置本次水下混凝土澆筑量較大，澆筑面廣，為保證澆筑質(zhì)量，4m樁徑的66#樁準(zhǔn)備采用31.4m1m66#樁同容積的料斗澆筑水下混凝土，屆時(shí)吊車、攪拌車等施工車輛將直接駛?cè)牖舆M(jìn)行作業(yè)。2、機(jī)械設(shè)備安排序號(hào)機(jī)械設(shè)備名稱數(shù)量機(jī)械狀況1汽車泵1良好2拖泵1良好2混凝土攪拌車10良好3塔吊1良好4汽車吊1良好5挖機(jī)1良好6料斗+導(dǎo)管3良好3、勞動(dòng)力安排序號(hào)工種數(shù)量備注1泵車操作工22起重設(shè)備司機(jī)33攪拌車司機(jī)104砼工85雜工46施工管理人員5四、混凝土原材料及外加劑所有的原材料經(jīng)檢查，全部應(yīng)符合配合比通知單所提出的要求。1、水泥P.042.5R。水泥應(yīng)有出廠合格證及進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告。2、砂砂采用西江河砂，砂的粒徑及產(chǎn)地應(yīng)符合混凝土配合比設(shè)計(jì)報(bào)告的要求，砂中含泥量為0.9%，細(xì)度模數(shù)為2.6。砂應(yīng)有試驗(yàn)報(bào)告單。3、碎石碎石采用博羅龍溪鎮(zhèn)赤的花崗巖，碎石的粒徑、級(jí)配及產(chǎn)地應(yīng)符合混凝土配合比設(shè)計(jì)報(bào)告的要求，碎石采用花崗巖碎石，碎石規(guī)格為5-25mm，其中針、片狀顆粒含量為5%；碎石含泥量（小于0.8mm的塵屑、淤泥和粘土的總含量）為0.3%。石子應(yīng)有試塊報(bào)告單。4、水采用自來(lái)水。5、混合材II所用混凝土外加劑的品種、生產(chǎn)廠家及牌號(hào)應(yīng)符合配合比設(shè)計(jì)報(bào)告的要求。外加劑應(yīng)有出廠質(zhì)量證明書(shū)及使用說(shuō)明，并應(yīng)有有關(guān)指標(biāo)的進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告。外加劑必須有摻量試驗(yàn)。五、混凝土配合比設(shè)計(jì)報(bào)告擬采用C35水下混凝土，其配合比（水泥：水：混合材：砂：石）為1：0.50：0.26：2.16：3.03，含砂率41.6%，質(zhì)量密度2365kg/m3。混凝土坍落度控制在200±30mm范圍內(nèi)。本配合比的室溫初凝時(shí)間為8-10h，終凝時(shí)間為10-12h。六、施工工藝流程（一）混凝土的拌制1、拌制混凝土配料時(shí)，各種衡器應(yīng)保持準(zhǔn)確。對(duì)骨料的含水率應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢測(cè)，雨水施工應(yīng)增加測(cè)定次數(shù)，據(jù)以調(diào)整骨料和水的用量。配料數(shù)量的允許偏差（以質(zhì)量計(jì)）見(jiàn)表允許偏差（%）材料類別允許偏差（%）材料類別預(yù)制場(chǎng)或集中攪拌站拌制水泥、混合材料±1粗、細(xì)骨料±2水、外加劑±1放入拌和機(jī)內(nèi)的第一盤(pán)混凝土材料應(yīng)含有適量的水泥、砂和水，以覆蓋拌和筒的內(nèi)壁而不降低拌合物所需的含漿量。每一工作班正式稱量前，應(yīng)對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)校核。計(jì)量器具應(yīng)定期檢定，經(jīng)大修、中修或遷移至新的地點(diǎn)后，也進(jìn)行鑒定。2、經(jīng)常檢查混凝土拌合物的均勻性?；炷涟韬衔飸?yīng)拌和均勻，顏色一致，不得有離析和泌水現(xiàn)象。（GB9142）的規(guī)定進(jìn)行。1/41/3①混凝土中砂漿密度兩次測(cè)值的相對(duì)誤差不應(yīng)大于0.8%。②單位體積混凝土中粗骨料含量?jī)纱螠y(cè)值的相對(duì)誤差不應(yīng)大于5%。3、混凝土攪拌完畢后，應(yīng)按下列要求檢測(cè)混凝土拌合物的各項(xiàng)性能：15min根據(jù)需要還應(yīng)檢測(cè)混凝土拌合物的其他質(zhì)量指標(biāo)并應(yīng)符合本章的其他規(guī)定。（二）混凝土的運(yùn)輸1、混凝土的運(yùn)輸能力應(yīng)適應(yīng)混凝土凝結(jié)速度和澆筑速度的需要，本工程中采用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸。運(yùn)輸時(shí)間不宜超過(guò)下表的規(guī)定。氣溫（℃）設(shè)施運(yùn)輸（min）氣溫（℃）設(shè)施運(yùn)輸（min）20～3060303045注：、表列時(shí)間系指從加水?dāng)嚢柚寥肽r(shí)間。2、運(yùn)輸已拌成的混凝土?xí)r，途中應(yīng)以2～4r/min的慢速進(jìn)行攪動(dòng)，混凝土的裝載量約為攪拌筒幾何容量的2/3。3、混凝土運(yùn)至澆筑地點(diǎn)后發(fā)生離析、嚴(yán)重泌水或坍落度不符合要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行第二次攪拌。二次攪拌時(shí)不得任意加水，確有必要時(shí)，可同時(shí)加水和水泥以保持其原水灰比不變。如二次攪拌仍不符合要求，則不得使用。（三）混凝土的澆筑人工挖孔樁樁底沉渣采用人工清除，清渣厚度符合要求，并經(jīng)監(jiān)理工程師同意后即開(kāi)始澆筑水下混凝土。水下混凝土澆筑采用導(dǎo)管法進(jìn)行，導(dǎo)管內(nèi)徑為250mm；水下混凝土由攪拌站集中拌制，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，溜槽澆筑。66#挖孔樁樁身直徑較大，為保證首批澆筑混凝土能完全封底，并將導(dǎo)管埋入混凝土面3導(dǎo)管法澆筑水下混凝土a、裝第一斗混凝土；b、排走導(dǎo)管內(nèi)水或泥漿；c、混凝土向上推進(jìn)1、隔水塞；2、導(dǎo)管；3、接頭；4、混凝土1、澆筑準(zhǔn)備：A、在清孔的同時(shí)，對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行檢查，備足原材料；同時(shí)配備水泵、空壓機(jī)及高壓射水管等設(shè)備，以保證孔內(nèi)水頭和及時(shí)處理澆筑故障。B200mm2mC、導(dǎo)管使用前進(jìn)行過(guò)球、水密、泵壓和接頭抗拉試驗(yàn)。2、混凝土澆筑：A、導(dǎo)管安裝好后，應(yīng)再次測(cè)量孔底沉碴厚度，如大于設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，應(yīng)再次進(jìn)行清孔處理，確?？椎壮敛瓴怀鲈O(shè)計(jì)要求。確認(rèn)沉碴符合設(shè)計(jì)要求、鋼筋籠安放正確后，即可開(kāi)始水下混凝土澆筑。B、在水下混凝土澆筑過(guò)程中，經(jīng)常采用帶測(cè)錘的測(cè)繩探測(cè)孔內(nèi)混凝土面的標(biāo)高，及時(shí)調(diào)整埋管深度。一般埋管深度控制在2-6m，以防導(dǎo)管提離混凝土面發(fā)生斷樁。提管由塔吊完成，人工拆管，并及時(shí)沖洗導(dǎo)管，整齊堆存?zhèn)溆谩、水下混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)有節(jié)奏地進(jìn)行，中途不得中斷，并盡量縮短拆除導(dǎo)管的間隔時(shí)間。D0.5mE、水下混凝土澆筑過(guò)程中，試驗(yàn)人員應(yīng)經(jīng)常檢測(cè)混凝土坍落度，不符合要求的混凝土不得灌入。七、質(zhì)量控制措施（一）施工前的準(zhǔn)備工作1、施工前，施工單位應(yīng)提前向監(jiān)理部門報(bào)送施工方案進(jìn)行審查，對(duì)其中的施工方法、施工技術(shù)等進(jìn)行明確。在經(jīng)過(guò)監(jiān)理部門審核后方可根據(jù)施工方案施工。2、水下混凝土灌注樁施工前要做好測(cè)量工作。施工單位在具體施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照三檢制進(jìn)行層層落實(shí)，及時(shí)與監(jiān)理部門溝通，并對(duì)反饋數(shù)據(jù)、資料進(jìn)行認(rèn)真復(fù)合，切實(shí)保證施工偏差在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。3（二）澆筑混凝土的質(zhì)量控制15-25mm2