UPr-SPu-UR矢量推進(jìn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能研究.pdf

1、水下機(jī)器人是目前海洋研究的熱點(diǎn)之一，矢量推進(jìn)作為一種有效的推進(jìn)方式能夠明顯的提高水下機(jī)器人的推進(jìn)性能。一些球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)單螺旋槳的矢量控制。目前常見的該類機(jī)構(gòu)多為轉(zhuǎn)動驅(qū)動且支鏈對稱，本文采用直線驅(qū)動的非對稱機(jī)構(gòu)UPR-SPU-UR，進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析和相關(guān)仿真，并就機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行了研究，為用于矢量推進(jìn)的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計提供了新的思路。具體內(nèi)容如下:
　　(1)完成UPR-SPU-UR的結(jié)構(gòu)描述并建

2、立坐標(biāo)系，運(yùn)用螺旋理論分析其自由度。利用解析法分析UPR-SPU-UR的位置關(guān)系，推導(dǎo)出位置正逆解。對逆解表達(dá)式兩邊關(guān)于時間求導(dǎo)，得到UPR-SPU-UR并聯(lián)機(jī)構(gòu)兩個驅(qū)動輸入和動平臺輸出之間的速度映射矩陣，即為速度雅克比矩陣。通過ADAMS完成UPR-SPU-UR機(jī)構(gòu)的多剛體建模，驗證其自由度。利用ADAMS中的點(diǎn)驅(qū)動和樣條驅(qū)動，完成運(yùn)動學(xué)仿真和動力學(xué)的仿真，并與基于解析法的MATLAB仿真結(jié)果相比較，驗證理論推導(dǎo)的正確性。
　　

3、(2)分析速度雅克比矩陣，確定UPR-SPU-UR的奇異位形。綜合了驅(qū)動支鏈長度、運(yùn)動副轉(zhuǎn)角、桿件干涉和奇異位形等限制條件，求解了可達(dá)工作空間，并借助MATLAB利用空間搜索法繪制出動平臺參考點(diǎn)的可達(dá)工作空間。以雅克比矩陣條件數(shù)的倒數(shù)作為靈巧度的判定標(biāo)準(zhǔn)，分析不同姿態(tài)下UPR-SPU-UR的靈巧性。最后計算全局雅克比矩陣，并仿真分析局部剛度圖譜和全局剛度圖譜。
　　(3)選取兩條驅(qū)動支鏈的細(xì)長桿作為柔性體，聯(lián)合ANSYS、ADAM

4、S，構(gòu)建剛?cè)峄旌戏抡婺Ｐ停L制空間螺旋線軌跡，分析柔性支鏈的變形對機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行產(chǎn)生的影響。然后利用計算流體動力學(xué)軟件Fluent探索該推進(jìn)機(jī)構(gòu)螺旋槳主軸最大擺角時，螺旋槳產(chǎn)生的推動力和偏轉(zhuǎn)力，并分析其對AUV整體運(yùn)行的影響。最后利用計算流體動力學(xué)研究了多種運(yùn)動模式下螺旋槳的敞水性能，并對螺旋槳弦向壓力分布、槳葉表面的壓力分布和流量分布分別進(jìn)行了仿真研究。
　　本文的研究結(jié)果對于UPR-SPU-UR的動力學(xué)理論分析、尺寸優(yōu)化和樣機(jī)制