三自由度水下機械手本體結(jié)構(gòu)及阻抗控制研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)進程的加快，對水下作業(yè)裝備的需求日益增加。水下作業(yè)機械手是完成水下作業(yè)任務(wù)的重要工具，在水下勘探、水下采礦、海洋石油工程等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。同時，由于水下特殊的工況環(huán)境，與陸上機械手相比，水下機械手的體系結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)有許多特殊的問題需要研究和解決。本文以ROV搭載機械手為研究對象，研制了三自由度水下機械手實驗樣機，針對水下機械手阻抗控制問題進行了理論與實驗研究工作。 在分析和研究國內(nèi)外水下作業(yè)機械手體系結(jié)

2、構(gòu)與控制技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)水下作業(yè)機械手工作環(huán)境、作業(yè)內(nèi)容及性能的要求，提出了三自由度水下作業(yè)機械手的總體方案，確定使用關(guān)節(jié)式的整體機構(gòu)，包括本體結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)，密封和手爪結(jié)構(gòu)，各個關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式和轉(zhuǎn)角范圍確定。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了水下機械手本體結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)，完成了機械手本體及控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試。 建立了三自由度水下機械手運動學(xué)模型，研究了機械手運動學(xué)逆解問題，推導(dǎo)出機械手的雅可比矩陣，利用Lagrange方程建立了水下環(huán)

3、境的動力學(xué)方程并進行了計算機仿真，分析了陸上環(huán)境和水下環(huán)境不同水阻系數(shù)對水下機械手運動的影響。采用靜力學(xué)分析方法，分析了水下機械手作業(yè)空間。 水下機械手力、位置控制是機械手研究的熱點問題之一，本文從力信息反饋角度，提出了一種未知環(huán)境下基于位置的阻抗控制算法，進行了多種約束環(huán)境下計算機仿真研究，仿真結(jié)果表明調(diào)整和優(yōu)化阻抗控制參數(shù)可以有效減小水下機械手與作用對象接觸時沖擊力，研究并總結(jié)了阻抗控制參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律。 完成了水下機械