水下機器人--機械手系統(tǒng)動力學(xué)建模及運動控制研究.pdf

1、伴隨著人類社會的發(fā)展和物質(zhì)文明的進步,陸地上的資源正日益枯竭,而為了滿足人類社會發(fā)展對自然資源的需求,對蘊含豐富資源的海洋的開發(fā)顯得愈發(fā)重要。在對海洋環(huán)境和資源進行考察和勘探作業(yè)中,帶有機械手的水下機器人系統(tǒng)能夠完成除觀察監(jiān)測任務(wù)外的更為復(fù)雜的操作任務(wù),因此對水下機器人一機械手系統(tǒng)(UnderwaterVehicle-ManipulatorSystem,簡稱UVMS)動力學(xué)建模、運動控制及運動穩(wěn)定性的研究具有重要的意義。
　　

2、對于基座處于自由浮動狀態(tài)的UVMS,本文采用指數(shù)積公式(productexponentialsformula)分析其運動學(xué)問題,計算出了UVMS各個構(gòu)件的速度及加速度表達式。在運動學(xué)分析的基礎(chǔ)之上,得到了UVMS運動過程中的慣性力,并結(jié)合UVMS運動過程中所受到的水作用力和驅(qū)動力,本文運用Kane方程建立了UVMS的動力學(xué)模型。
　　 在UVMS的運動過程中,機械手和水下機器人存在著動力學(xué)耦合,機械手的運動會導(dǎo)致水下機器人的運動

3、。為了使得機械手展開過程中對處于浮游狀態(tài)的水下機器人影響最小,應(yīng)合理地規(guī)劃機械手的展開軌跡,本文基于動平衡理論,研究機械手展開運動對水下機器人的擺動力和擺動力矩的變化。并以此為目標函數(shù),采用遺傳算法對機械手展開運動的參數(shù)進行了優(yōu)化,最終獲得了機械手展開過程中對水下機器人產(chǎn)生的擺動力和擺動力矩最小的運動規(guī)律,并用基于動力學(xué)模型的數(shù)值仿真驗證了優(yōu)化結(jié)果的正確性。
　　 為了研究UVMS的運動穩(wěn)定性問題,本文參照小擾動理論,對UVMS