螺旋槳清洗機(jī)器人超靈巧機(jī)械臂設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、輪船螺旋槳清洗質(zhì)量是影響航行效率及燃油消耗的重要因素。本文通過運(yùn)用仿生學(xué)原理對船體清洗機(jī)器人系統(tǒng)及超靈巧機(jī)械臂(Hyper-Dexterous Manipulator，HDM)進(jìn)行了理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)及物理試驗(yàn)。最終對超靈巧機(jī)械臂的清洗功能及剛?cè)狁詈咸匦赃M(jìn)行了論證。對提高我過輪船自動化清洗及提高航運(yùn)效率有指導(dǎo)意義。本課題來源于國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號:51375519）。本論文的主要研究包括以下幾點(diǎn):
　　(1

2、)針對螺旋槳清洗對清洗機(jī)器人的整體無死角、高效、自動化的要求，對清洗機(jī)器人的機(jī)械臂及載體做出了設(shè)計(jì)。選定清洗介質(zhì)為水射流后，采用仿生學(xué)原理對傳統(tǒng)的柔性連續(xù)型機(jī)器人進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種同時具有高靈活性與高承載能力的剛?cè)狁詈螲DM機(jī)械臂。同時對機(jī)器人的載體進(jìn)行了仿生學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的機(jī)器人載體具有章魚的吸附特點(diǎn)，對比傳統(tǒng)水下機(jī)器人有一定的改善。
　　(2)對機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)模型進(jìn)行研究，運(yùn)用用幾何學(xué)分析首先對單段HDM模型進(jìn)行了運(yùn)

3、動學(xué)正解，推導(dǎo)了由驅(qū)動空間到關(guān)節(jié)空間的映射關(guān)系。之后基于前文基礎(chǔ)，對單段HDM模型進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)逆解，推導(dǎo)了由關(guān)節(jié)空間到操作空間的映射關(guān)系。在單關(guān)節(jié)正逆解的基礎(chǔ)上，對多關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間以及操作空間的映射關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)，完成了運(yùn)動學(xué)分析。根據(jù)機(jī)械臂運(yùn)動特點(diǎn)，對機(jī)械臂模型進(jìn)行了動力學(xué)分析，確定了驅(qū)動力矩及廣義力與執(zhí)行端之間的映射關(guān)系。并最終根據(jù)以上理論基礎(chǔ)對運(yùn)動學(xué)控制做出了研究。
　　(3)為了對HDM機(jī)械臂理論模型進(jìn)行驗(yàn)證，采用了剛?cè)狁?/p>

4、合建模方法對HDM機(jī)械臂進(jìn)行了仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)機(jī)械臂特點(diǎn)結(jié)合仿真軟件特點(diǎn)最終采用ADAMS軟件來實(shí)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(jìn)行剛?cè)狁詈线\(yùn)動學(xué)仿真。之后對機(jī)械臂及驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行簡化替代處理，對各部分之間的力進(jìn)行設(shè)置。完成模型建立后進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果對理論模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(4)通過物理試驗(yàn)對HDM模型的正確性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。結(jié)合機(jī)械臂不同部位的特點(diǎn)與不同材料的特性，對機(jī)