螺旋槳清洗機器人超靈巧機械臂設計與性能研究.pdf

1、輪船螺旋槳清洗質量是影響航行效率及燃油消耗的重要因素。本文通過運用仿生學原理對船體清洗機器人系統(tǒng)及超靈巧機械臂(Hyper-Dexterous Manipulator，HDM)進行了理論分析、結構設計、仿真試驗及物理試驗。最終對超靈巧機械臂的清洗功能及剛柔耦合特性進行了論證。對提高我過輪船自動化清洗及提高航運效率有指導意義。本課題來源于國家自然科學基金資助項目（項目編號:51375519）。本論文的主要研究包括以下幾點:
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2、)針對螺旋槳清洗對清洗機器人的整體無死角、高效、自動化的要求，對清洗機器人的機械臂及載體做出了設計。選定清洗介質為水射流后，采用仿生學原理對傳統(tǒng)的柔性連續(xù)型機器人進行了改進設計了一種同時具有高靈活性與高承載能力的剛柔耦合HDM機械臂。同時對機器人的載體進行了仿生學設計，設計后的機器人載體具有章魚的吸附特點，對比傳統(tǒng)水下機器人有一定的改善。
　　(2)對機械臂的運動學及動力學模型進行研究，運用用幾何學分析首先對單段HDM模型進行了運

3、動學正解，推導了由驅動空間到關節(jié)空間的映射關系。之后基于前文基礎，對單段HDM模型進行了運動學逆解，推導了由關節(jié)空間到操作空間的映射關系。在單關節(jié)正逆解的基礎上，對多關節(jié)的關節(jié)空間以及操作空間的映射關系進行了推導，完成了運動學分析。根據(jù)機械臂運動特點，對機械臂模型進行了動力學分析，確定了驅動力矩及廣義力與執(zhí)行端之間的映射關系。并最終根據(jù)以上理論基礎對運動學控制做出了研究。
　　(3)為了對HDM機械臂理論模型進行驗證，采用了剛柔耦

4、合建模方法對HDM機械臂進行了仿真試驗驗證。根據(jù)機械臂特點結合仿真軟件特點最終采用ADAMS軟件來實現(xiàn)仿真分析。ADAMS仿真環(huán)境下對剛性部件、柔性部件、繩索型部件三種部件進行剛柔耦合運動學仿真。之后對機械臂及驅動系統(tǒng)進行簡化替代處理，對各部分之間的力進行設置。完成模型建立后進行仿真分析，仿真結果對理論模型的有效性進行了驗證。
　　(4)通過物理試驗對HDM模型的正確性進行進一步驗證。結合機械臂不同部位的特點與不同材料的特性，對機