水下機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、自二十世紀(jì)以來(lái),人類對(duì)陸地資源開采日益加劇,地下蘊(yùn)藏資源日益稀缺。然而,為了更好地適應(yīng)人類在國(guó)防科研、日常生活中對(duì)資源、能源的需求,對(duì)海洋資源、能源的開發(fā)與利用逐漸成為科學(xué)家們研究的對(duì)象?？茖W(xué)家預(yù)言:海洋將成為人類開發(fā)的新領(lǐng)域。隨著人類對(duì)海洋資源開發(fā)和海洋科學(xué)研究需求的不斷提高,人類逐漸使用機(jī)器作業(yè)代替人工操作,從而使人類更好地探索未知領(lǐng)域。伴隨水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)(Underwater Vehicle-Manipulator Sys

2、tem)的發(fā)展,除執(zhí)行觀察監(jiān)測(cè)任務(wù)外,系統(tǒng)還被寄希望于完成定點(diǎn)取樣、水下結(jié)構(gòu)物的建造和維護(hù)等更為復(fù)雜的操作任務(wù)。因此,對(duì)水下機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)研究具有重要意義。
　　首先,根據(jù)水下機(jī)械手大致工作空間,初步設(shè)定水下機(jī)械手各手臂長(zhǎng)度,運(yùn)用MATLAB軟件,以手臂抓取最大重量的負(fù)載為邊界條件,機(jī)械手質(zhì)量最輕為優(yōu)化目標(biāo),逐步迭代計(jì)算出最優(yōu)水下機(jī)械手臂厚與臂長(zhǎng);水下機(jī)械手末端執(zhí)行器在工作過(guò)程中處于懸臂狀態(tài),運(yùn)用ANSYS分析軟件,可以

3、直觀地顯示末端執(zhí)行器的撓度,為后期的運(yùn)動(dòng)控制補(bǔ)償提供精確數(shù)據(jù)。
　　其次,本文的機(jī)器人工作在水下環(huán)境,因此水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)處于浮游狀態(tài),本文采用Denarit-Hartenberg方法分析水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)問題,通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)的反解,從而求出每一位置對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度,從而可精確地軌跡規(guī)劃;在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析基礎(chǔ)上,本文采用牛頓-歐拉建立水下機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程,解析水下機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型,從而為分析在水下動(dòng)力學(xué)特性奠定基礎(chǔ)。
　　最后,