三自由度水下機(jī)械手本體結(jié)構(gòu)及阻抗控制研究.pdf

1、隨著海洋開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，對(duì)水下作業(yè)裝備的需求日益增加。水下作業(yè)機(jī)械手是完成水下作業(yè)任務(wù)的重要工具，在水下勘探、水下采礦、海洋石油工程等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。同時(shí)，由于水下特殊的工況環(huán)境，與陸上機(jī)械手相比，水下機(jī)械手的體系結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)有許多特殊的問(wèn)題需要研究和解決。本文以ROV搭載機(jī)械手為研究對(duì)象，研制了三自由度水下機(jī)械手實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，針對(duì)水下機(jī)械手阻抗控制問(wèn)題進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究工作。 在分析和研究國(guó)內(nèi)外水下作業(yè)機(jī)械手體系結(jié)

2、構(gòu)與控制技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)水下作業(yè)機(jī)械手工作環(huán)境、作業(yè)內(nèi)容及性能的要求，提出了三自由度水下作業(yè)機(jī)械手的總體方案，確定使用關(guān)節(jié)式的整體機(jī)構(gòu)，包括本體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)，密封和手爪結(jié)構(gòu)，各個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式和轉(zhuǎn)角范圍確定。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了水下機(jī)械手本體結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)，完成了機(jī)械手本體及控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試。 建立了三自由度水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，研究了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解問(wèn)題，推導(dǎo)出機(jī)械手的雅可比矩陣，利用Lagrange方程建立了水下環(huán)

3、境的動(dòng)力學(xué)方程并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，分析了陸上環(huán)境和水下環(huán)境不同水阻系數(shù)對(duì)水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的影響。采用靜力學(xué)分析方法，分析了水下機(jī)械手作業(yè)空間。 水下機(jī)械手力、位置控制是機(jī)械手研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，本文從力信息反饋角度，提出了一種未知環(huán)境下基于位置的阻抗控制算法，進(jìn)行了多種約束環(huán)境下計(jì)算機(jī)仿真研究，仿真結(jié)果表明調(diào)整和優(yōu)化阻抗控制參數(shù)可以有效減小水下機(jī)械手與作用對(duì)象接觸時(shí)沖擊力，研究并總結(jié)了阻抗控制參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律。 完成了水下機(jī)械