水下機器人并聯(lián)式矢量推進器設(shè)計與研究.pdf

1、由于人類對海洋的依賴逐年增加,各種海洋勘察設(shè)備層出不窮。自治水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)作為一種高效的傳感器搭載平臺,已經(jīng)成為海洋勘察裝備的主要發(fā)展方向。AUV所面對的水下工作環(huán)境十分復(fù)雜,因此良好的操縱性和機構(gòu)可靠性對于拓展AUV的探測任務(wù)范圍和提高水下生存能力至關(guān)重要。為此,本文在水下機器人和參考航天、航空領(lǐng)域現(xiàn)有推進技術(shù)成果基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于并聯(lián)機構(gòu)的矢量推進器,以滿足水下機

2、器人推進和操縱的需求。論文的研究成果如下:
　　(1)提出了一種基于并聯(lián)機構(gòu)的矢量推進器,即3-RPS與SPS組合機構(gòu)。其中,3-RPS機構(gòu)通過改變動平臺的空間姿態(tài),進而改變推進器螺旋槳軸線方向,實現(xiàn)了推進力方向的調(diào)整。采用三個作動筒并聯(lián)驅(qū)動動平臺,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,工作空間大。此外,三個電機作動裝置同時參與操縱,動剛度高,電機負荷小。SPS機構(gòu)把主推電機的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給隨動平臺做空間運動的螺旋槳軸,因此電機不必隨動平臺運動,降低了

3、動平臺慣性和作動電機負荷,結(jié)構(gòu)布局更加優(yōu)化,保證了可靠性。
　　(2)根據(jù)特定的AUV幾何尺寸、運動空間等設(shè)計要求,用牛頓歐拉法對推進器中的并聯(lián)機構(gòu)進行了運動學分析和尺度綜合,得出主要零部件的尺寸。以俯仰和轉(zhuǎn)向運動為分析對象,依據(jù)推力矢量的加速度、速度變化曲線,計算三個RPS支鏈伸長速度和擺動角度隨時間變化過程,得出了RPS支鏈在操縱運動過程中最大加速度值。
　　(3)對矢量推進器關(guān)鍵零部件進行了設(shè)計與校核。對主要的扭矩傳動