水下清刷機械手的設(shè)計與分析.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，遠洋運輸事業(yè)取得了飛速發(fā)展，而船體水線以下的船殼及螺旋槳都會生長海生物，致使降低艦船航速降低、增加燃料消耗成本，導致維修需要花費大量時間、人力和經(jīng)費。為提高修造船廠的智能化和維修效率，急需研制水下船體表面清刷機器人。目前水下螺旋槳自動清刷機器人的研究還很少，水下清刷機械手的設(shè)計與分析具有重要價值。水下清刷機械手作為水下機器人的拓展模塊，在水下完成對螺旋槳槳葉復雜曲面的自動清刷作業(yè)，由2只對稱結(jié)構(gòu)的抓取機械手和1只清刷

2、機械手組成。
　　首先綜合研究分析國內(nèi)外水下清刷技術(shù)和水下機械手的現(xiàn)狀，結(jié)合作業(yè)需求，確定水下清刷機械手的技術(shù)要求和作業(yè)原理，通過三維設(shè)計軟件SolidWorks完成了虛擬三維模型，確定了設(shè)計方案。由于作業(yè)空間復雜，該機械手的關(guān)節(jié)對連桿參數(shù)，各關(guān)節(jié)的變量范圍和液壓部件的性能參數(shù)的準確性要求高。選取抓取機械手的肘部左右擺動關(guān)節(jié)，清刷機械手的清刷磨頭上下伸縮關(guān)節(jié)，及磨頭回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等具代表性的關(guān)鍵部件進行了設(shè)計分析的闡述。再采用圖解法和分

3、組結(jié)合法，及對螺旋槳曲面的分段處理方法，解決了在沒有其它水下清刷機械手作為參考和只有螺旋槳參數(shù)的情況下，如何迅速確立機械手結(jié)構(gòu)尺寸的難題，使既能得到機械手的連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量范圍，又能確保機械手能達到所需要的復雜工作空間。之后，采用數(shù)值方法對抓取機械手和清刷機械手進行運動學求解，在MATLAB環(huán)境下采用蒙特卡洛法對工作空間進行仿真，驗證圖解法求得的機械手工作空間的正確性，及各連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量范圍的合理性。最后，利用有限元分析軟件ANS

4、YS對肘部液壓缸和抓取機械手進行了應力和應變分析，驗證設(shè)計是否滿足強度要求。
　　研究工作表明:對螺旋槳進行水下清刷作業(yè)，采用多只機械手協(xié)同作業(yè)可以取得較好的清刷效果，避免物理傷害;采用圖解法和分組結(jié)合法，及對螺旋槳曲面的分段處理方法，可以迅速確立機械手的結(jié)構(gòu)尺寸，得到機械手的連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量范圍，同時確保機械手的工作空間能滿足要求;水下清刷機械手具備覆蓋盲區(qū)的能力，對目標4葉螺旋槳槳葉的葉面、葉背復雜曲面各需要5次作業(yè)，可高效