水下液壓機(jī)械手設(shè)計與分析.pdf

1、水下機(jī)械手以水下機(jī)器人(Remotely Operated Vehicle，簡稱ROV)為載體，能夠在水中進(jìn)行作業(yè)。本文在借鑒國外機(jī)械手的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種五功能水下液壓機(jī)械手。通過理論分析和數(shù)值模擬仿真等方法，對該機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)、工作空間、動力學(xué)和水動力學(xué)等進(jìn)行了分析和研究。
　　首先，根據(jù)水下機(jī)械手的設(shè)計指標(biāo)，確定了總體設(shè)計方案，完成了機(jī)械手本體結(jié)構(gòu)原理設(shè)計。分別對機(jī)械手手爪和關(guān)節(jié)驅(qū)動液壓缸的關(guān)鍵尺寸參數(shù)進(jìn)行多組數(shù)據(jù)對比，并確

2、定了合理的尺寸。對機(jī)械手腕部進(jìn)行了密封設(shè)計。運(yùn)用Solidworks Simulation軟件，對機(jī)械手的關(guān)鍵零件進(jìn)行了有限元分析。
　　其次，以設(shè)計出的五功能水下機(jī)械手為研究對象。運(yùn)用D-H法建立了連桿坐標(biāo)系，建立了機(jī)械手運(yùn)動學(xué)正解的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)運(yùn)動學(xué)正解的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出運(yùn)動學(xué)逆解的相關(guān)方程。同時，運(yùn)用Robotics Toolbox工具箱對五功能水下機(jī)械手運(yùn)動學(xué)進(jìn)行了仿真，驗證運(yùn)動學(xué)建模的準(zhǔn)確性。
　　然后，在機(jī)械手

3、運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)上，分析了其工作空間。根據(jù)機(jī)械手各個關(guān)節(jié)的活動范圍，分別運(yùn)用解析法、Monte Carlo法和仿真法研究了機(jī)械手的水平和俯仰工作空間。三種方法對比發(fā)現(xiàn)，仿真法最佳，且得出的結(jié)論更加完整、快速和準(zhǔn)確。
　　最后，運(yùn)用Newton-Euler方程，建立了機(jī)械手在空氣環(huán)境中的動力學(xué)遞推模型，得到了關(guān)節(jié)力矩的遞推方程?？紤]到機(jī)械手的工作環(huán)境為深海中，主要考慮浮力、水阻力和附加質(zhì)量力對機(jī)械手關(guān)節(jié)力矩的影響，運(yùn)用Morison方程，