水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制及雙手協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)研究.pdf

1、陸地上不可再生資源的減少，海洋資源開(kāi)發(fā)引起人們的關(guān)注。開(kāi)發(fā)海洋資源需要先進(jìn)的裝備和技術(shù)，水下機(jī)器人是目前唯一能夠達(dá)到深海的裝備，海洋資源勘探開(kāi)發(fā)需要水下機(jī)器人作業(yè)功能不同，水下機(jī)器人雙機(jī)械手協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)是水下機(jī)器人領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容之一，研究水下雙手運(yùn)動(dòng)控制及雙手協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文研究搭載在無(wú)人無(wú)纜自主式水下機(jī)器人上的雙機(jī)械手技術(shù)，主要研究以下內(nèi)容：
　?。?）分析國(guó)內(nèi)外水下雙手作業(yè)系統(tǒng)及水

2、下雙手協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)出水下雙手作業(yè)系統(tǒng)需要研究和解決的問(wèn)題，結(jié)合本文課題的要求，引出本文要研究的內(nèi)容：水下雙機(jī)械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)學(xué)和雙手協(xié)調(diào)作業(yè)規(guī)劃與控制技術(shù)。
　?。?）針對(duì)水下雙手協(xié)調(diào)作業(yè)實(shí)現(xiàn)剪纜等功能要求，分析論證水下雙手作業(yè)系統(tǒng)總體方案和水下機(jī)械手關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)方案；針對(duì)本文研究的機(jī)械手展臂較長(zhǎng)、重量較輕、易受海流干擾的問(wèn)題，研制帶有制動(dòng)器的液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)；從模塊化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)各級(jí)手臂及驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)

3、；針對(duì)水下作業(yè)環(huán)境中機(jī)械手關(guān)節(jié)角度檢測(cè)問(wèn)題，完成傳感器選型并研究以精密線性電阻檢測(cè)關(guān)節(jié)角度方法及其密封方式；完成水下雙機(jī)械手用材料選擇及強(qiáng)度校核；為模擬水下雙機(jī)械手搭載載體-自主式水下機(jī)器人，研制兩自由度水下雙機(jī)械手安裝平臺(tái)。
　?。?）針對(duì)本文水下雙手作業(yè)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動(dòng)方式，研究水下雙手作業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能。針對(duì)自由度冗余的雙機(jī)械手系統(tǒng)，利用D-H法建立機(jī)械手正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，利用反變換法建立機(jī)械手逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；為了剪

4、纜等功能要求，在作業(yè)規(guī)劃時(shí)需要機(jī)械手各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度及轉(zhuǎn)動(dòng)角速度信息，為此本文推導(dǎo)雙機(jī)械手的雅可比矩陣。
　?。?）研究水下雙手協(xié)調(diào)作業(yè)規(guī)劃問(wèn)題。首先進(jìn)行頂層任務(wù)規(guī)劃；結(jié)合本文研制的水下機(jī)械手關(guān)節(jié)帶有制動(dòng)器的特點(diǎn)，進(jìn)行剪纜作業(yè)策略分析，進(jìn)行主、副手剪纜作業(yè)過(guò)程規(guī)劃。針對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行PD控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)試，為了獲得更好的控制效果，進(jìn)行了模糊PD控制器的設(shè)計(jì)；針對(duì)角度傳感器反饋信號(hào)跳動(dòng)大的問(wèn)題，對(duì)關(guān)節(jié)反饋信息進(jìn)行Fir濾波器設(shè)計(jì)，并