水下清刷機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸事業(yè)取得了飛速發(fā)展，而船體水線(xiàn)以下的船殼及螺旋槳都會(huì)生長(zhǎng)海生物，致使降低艦船航速降低、增加燃料消耗成本，導(dǎo)致維修需要花費(fèi)大量時(shí)間、人力和經(jīng)費(fèi)。為提高修造船廠的智能化和維修效率，急需研制水下船體表面清刷機(jī)器人。目前水下螺旋槳自動(dòng)清刷機(jī)器人的研究還很少，水下清刷機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析具有重要價(jià)值。水下清刷機(jī)械手作為水下機(jī)器人的拓展模塊，在水下完成對(duì)螺旋槳槳葉復(fù)雜曲面的自動(dòng)清刷作業(yè)，由2只對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的抓取機(jī)械手和1只清刷

2、機(jī)械手組成。
　　首先綜合研究分析國(guó)內(nèi)外水下清刷技術(shù)和水下機(jī)械手的現(xiàn)狀，結(jié)合作業(yè)需求，確定水下清刷機(jī)械手的技術(shù)要求和作業(yè)原理，通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks完成了虛擬三維模型，確定了設(shè)計(jì)方案。由于作業(yè)空間復(fù)雜，該機(jī)械手的關(guān)節(jié)對(duì)連桿參數(shù)，各關(guān)節(jié)的變量范圍和液壓部件的性能參數(shù)的準(zhǔn)確性要求高。選取抓取機(jī)械手的肘部左右擺動(dòng)關(guān)節(jié)，清刷機(jī)械手的清刷磨頭上下伸縮關(guān)節(jié)，及磨頭回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等具代表性的關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析的闡述。再采用圖解法和分

3、組結(jié)合法，及對(duì)螺旋槳曲面的分段處理方法，解決了在沒(méi)有其它水下清刷機(jī)械手作為參考和只有螺旋槳參數(shù)的情況下，如何迅速確立機(jī)械手結(jié)構(gòu)尺寸的難題，使既能得到機(jī)械手的連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量范圍，又能確保機(jī)械手能達(dá)到所需要的復(fù)雜工作空間。之后，采用數(shù)值方法對(duì)抓取機(jī)械手和清刷機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，在MATLAB環(huán)境下采用蒙特卡洛法對(duì)工作空間進(jìn)行仿真，驗(yàn)證圖解法求得的機(jī)械手工作空間的正確性，及各連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量范圍的合理性。最后，利用有限元分析軟件ANS

4、YS對(duì)肘部液壓缸和抓取機(jī)械手進(jìn)行了應(yīng)力和應(yīng)變分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
　　研究工作表明:對(duì)螺旋槳進(jìn)行水下清刷作業(yè)，采用多只機(jī)械手協(xié)同作業(yè)可以取得較好的清刷效果，避免物理傷害;采用圖解法和分組結(jié)合法，及對(duì)螺旋槳曲面的分段處理方法，可以迅速確立機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸，得到機(jī)械手的連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量范圍，同時(shí)確保機(jī)械手的工作空間能滿(mǎn)足要求;水下清刷機(jī)械手具備覆蓋盲區(qū)的能力，對(duì)目標(biāo)4葉螺旋槳槳葉的葉面、葉背復(fù)雜曲面各需要5次作業(yè)，可高效