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文檔簡介
1、隨著人類對海洋探索的不斷深入,水下機(jī)械手,特別是深海機(jī)械手得到了越來越多的重視和應(yīng)用。水下機(jī)械手的動力學(xué)性能是衡量機(jī)械手作業(yè)能力的重要指標(biāo),機(jī)械手的幾何結(jié)構(gòu)、加工制造方法、操作控制系統(tǒng)、工作環(huán)境等因素都會影響到水下機(jī)械手的動力學(xué)性能。
本課題來源于國家科技部高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題“深海精密作業(yè)機(jī)械手關(guān)鍵技術(shù)”。論文針對深海3500米作業(yè)機(jī)械手,根據(jù)功能需求以及相應(yīng)的性能指標(biāo),分析了其原理方案,提出了一種新型的
2、開放式機(jī)械結(jié)構(gòu),其大部分部件可以直接工作于海水環(huán)境中,有效簡化了機(jī)械手的密封,使其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性大大降低,并減輕了機(jī)械手自重,增加了負(fù)重自重比。對機(jī)械手的靜力分析結(jié)果表明,所提出的機(jī)械結(jié)構(gòu)能有效滿足靜載荷下強(qiáng)度、剛度要求;
基于所提出的機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu),分析了其運(yùn)動學(xué),計算了其工作空間以及運(yùn)動學(xué)正、逆解,基于拉格朗日方法建立了其動力學(xué)模型,推導(dǎo)了其具體的動力學(xué)模型表達(dá)式,為動力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ);
采用Matlab
3、與Adams聯(lián)合仿真方法,建立了機(jī)械手仿真模型,對機(jī)械手的動力學(xué)進(jìn)行仿真及分析??紤]機(jī)械手處于水流及重力作用的環(huán)境下,仿真了機(jī)械手的運(yùn)動控制過程,得到了機(jī)械手的關(guān)節(jié)角度、位置運(yùn)動及關(guān)節(jié)力矩變化情況。仿真結(jié)果表明,在機(jī)械手為達(dá)到指定作業(yè)目標(biāo)的運(yùn)動過程中,各關(guān)節(jié)電機(jī)的實際負(fù)載能力能夠滿足機(jī)械手各關(guān)節(jié)在運(yùn)動過程中所需的控制力矩,且各關(guān)節(jié)反應(yīng)速度較快速,穩(wěn)態(tài)誤差較小。當(dāng)存在水流干擾時,響應(yīng)曲線、控制力矩變化不明顯,但普遍存在一定超調(diào)量,會對作業(yè)
4、效果產(chǎn)生一定影響;
根據(jù)仿真分析結(jié)果,對機(jī)械手進(jìn)行了優(yōu)化、細(xì)化設(shè)計。適當(dāng)減小了大臂壁厚,在小臂的兩端增加可以安裝滑動軸承的連接法蘭,使小臂中間空心部分直徑加大。由此進(jìn)一步減輕了影響機(jī)械手動態(tài)性能的關(guān)鍵部件的質(zhì)量及機(jī)械手的整體質(zhì)量。獲得了機(jī)械手最終設(shè)計,其自重僅僅為指標(biāo)重量的一半。對改進(jìn)后的機(jī)械手進(jìn)行的靜力分析結(jié)果表明,其強(qiáng)度及剛度滿足要求。對機(jī)械手的動力學(xué)仿真驗證結(jié)果顯示,在進(jìn)行定點(diǎn)作業(yè)時,該機(jī)械手具有較好的動態(tài)特性。
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