AUV兩自由度并聯(lián)矢量推進器設計與研究.pdf

1、自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）作為一種高效的傳感器搭載平臺，已經成為海洋勘察裝備的主要發(fā)展方向。隨著海洋技術的發(fā)展和勘察范圍的增加，水下勘查工作的復雜度和危險性以及對 AUV性能的要求日益提升，因此良好的操縱性和機構可靠性對于拓展 AUV的探測任務范圍和提高水下生存能力至關重要。傳統(tǒng)舵面式推進操縱系統(tǒng)雖然在航速相對較高的條件下能保持很好的轉向效果，但在低航速時操舵效率會急劇下降甚至

2、失效。而使用矢量推進器則能通過直接改變推進力的方向大幅度提高 AUV的操縱性。尤其在低速航行的情況下，能夠使AUV獲得足夠的機動性以適應水下勘查工作的需要。
　　此外，在AUV中廣泛使用的矢量推進機構多為單一電機控制單一自由度的機構，即串聯(lián)機構。相比并聯(lián)機構，串聯(lián)機構本身存在機構剛度差、承載能力較低、難以避免大體積箱體類零件運用等問題。為了避免上述問題，本文將并聯(lián)機構引入AUV矢量推進器中，以一款兩自由度并聯(lián)球面機構為主體加以相應

3、改進完成矢量推進機構設計以及相關計算。
　　首先，論文提出了并聯(lián)矢量推進的構型。在原有三桿球面機構的基礎上將主推電機從動平臺移動到機架上，增加了傳動支鏈將主推電機的轉動傳遞到螺旋槳軸系中，減小了機構的慣量以及作動電機的負荷，進一步優(yōu)化了機構的運動特性。
　　在機構初步設計的基礎上，設計并確定了并聯(lián)矢量推進器的主體尺寸。并對其進行構型分析，求出了推進器末端處于運動空間不同位置時作動桿桿長變化的情況。對并聯(lián)機構做了運動學分析和求

4、解。
　　然后，通過虛功原理和運動學分析結果對并聯(lián)矢量推進機構做了動力學分析，求出了作動電機的轉矩隨機構末端運動情況變化的情況，得到了機構的剛體混合動力學方程。并在混合動力學方程的基礎上假設了機構運動的極端情況。在此情況下求得了做動電機的最大輸出轉矩，完成了電機的選型。
　　最后，本文對傳動支鏈進行了詳細的設計，包括萬向節(jié)的選取、支鏈的構型等。并在選定萬向節(jié)和相應支鏈的構型后對其進行了有限元分析與校核。最后，完成了機構的細化