水下仿生拱泥機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著航運(yùn)事業(yè)的日益發(fā)展，船舶觸礁以及船舶間的碰撞等引起的沉船事故也屢屢發(fā)生。這些沉船成為名副其實(shí)的“水下暗礁”，給來(lái)往航行船舶的安全帶來(lái)很大威脅，也嚴(yán)重降低了航道的通行效率。因此，提高打撈效率，快速清除航道中的沉船，對(duì)我國(guó)的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 傳統(tǒng)打撈方法主要是以潛水員個(gè)人的體能和經(jīng)驗(yàn)為主的勞動(dòng)密集型潛水作業(yè)。在沉船底部進(jìn)行穿千斤作業(yè)是沉船打撈中的關(guān)鍵工序，目前我國(guó)普遍采用手動(dòng)攻泥器，由潛水員手工操作。由于

2、水底淤泥地質(zhì)復(fù)雜，水下作業(yè)環(huán)境惡劣，使得水下打洞和穿引千斤纜是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度極大、效率低且危險(xiǎn)性很高的工作，尤其是在深度較大、地質(zhì)復(fù)雜的海區(qū)，難度就更大。因此，沉船打撈業(yè)急需研制一種全自動(dòng)自主作業(yè)的水下穿千斤的設(shè)備，以部分甚至完全替代潛水員的水下作業(yè)。這種自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備稱為拱泥機(jī)器人，它是一種新型水下特種機(jī)器人，是自主移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域中的新成員，屬于極限作業(yè)機(jī)器人的范疇。 目前，實(shí)現(xiàn)水下穿千斤的自動(dòng)化作業(yè)還是一個(gè)世界性難題。對(duì)于專門

3、針對(duì)水下穿千斤作業(yè)、工作在海床或河床以下的淤泥環(huán)境之中的拱泥機(jī)器人的研究，目前國(guó)外尚無(wú)相關(guān)的研究報(bào)道。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)幾所科研院所率先對(duì)此進(jìn)行了一些探索性研究，并提出了幾種拱泥機(jī)器人的原理方案。 本文在全面總結(jié)拱泥機(jī)器人最新研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)水下仿生拱泥機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了深入研究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 (1)針對(duì)目前拱泥機(jī)器人方案研究中所存在的一些工程可行性不足等問(wèn)題，研究和設(shè)計(jì)了一種新型水下仿生拱泥機(jī)器人原理樣機(jī)的總體設(shè)計(jì)方

4、案，并從理論和實(shí)驗(yàn)上論證了方案的工程可行性。 (2)將拱泥機(jī)器人的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為仿生自律蠕動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整兩類基本運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)一了機(jī)器人自身姿態(tài)合成與定位算法，為混合控制模式的實(shí)現(xiàn)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及仿真模型的建立提供了便利條件。 (3)將尾纜實(shí)際進(jìn)給量作為機(jī)器人“準(zhǔn)絕對(duì)”定位的參數(shù)，為機(jī)器人構(gòu)建了兩套位姿檢測(cè)系統(tǒng)及其迭代算法，利用定位測(cè)量數(shù)據(jù)的冗余建立了數(shù)據(jù)融合算法，有利于提高定位系統(tǒng)的精度和可靠性。 (4)基于液壓振