AUV两自由度并联矢量推进器设计与研究

发布时间：2017-07-15 18:26

  本文关键词：AUV两自由度并联矢量推进器设计与研究

  更多相关文章： 自主式水下机器人(AUV) 矢量推进器 并联机构 运动学分析 动力学分析

【摘要】：自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作为一种高效的传感器搭载平台,已经成为海洋勘察装备的主要发展方向。随着海洋技术的发展和勘察范围的增加,水下勘查工作的复杂度和危险性以及对AUV性能的要求日益提升,因此良好的操纵性和机构可靠性对于拓展AUV的探测任务范围和提高水下生存能力至关重要。传统舵面式推进操纵系统虽然在航速相对较高的条件下能保持很好的转向效果,但在低航速时操舵效率会急剧下降甚至失效。而使用矢量推进器则能通过直接改变推进力的方向大幅度提高AUV的操纵性。尤其在低速航行的情况下,能够使AUV获得足够的机动性以适应水下勘查工作的需要。此外,在AUV中广泛使用的矢量推进机构多为单一电机控制单一自由度的机构,即串联机构。相比并联机构,串联机构本身存在机构刚度差、承载能力较低、难以避免大体积箱体类零件运用等问题。为了避免上述问题,本文将并联机构引入AUV矢量推进器中,以一款两自由度并联球面机构为主体加以相应改进完成矢量推进机构设计以及相关计算。首先,论文提出了并联矢量推进的构型。在原有三杆球面机构的基础上将主推电机从动平台移动到机架上,增加了传动支链将主推电机的转动传递到螺旋桨轴系中,减小了机构的惯量以及作动电机的负荷,进一步优化了机构的运动特性。在机构初步设计的基础上,设计并确定了并联矢量推进器的主体尺寸。并对其进行构型分析,求出了推进器末端处于运动空间不同位置时作动杆杆长变化的情况。对并联机构做了运动学分析和求解。然后,通过虚功原理和运动学分析结果对并联矢量推进机构做了动力学分析,求出了作动电机的转矩随机构末端运动情况变化的情况,得到了机构的刚体混合动力学方程。并在混合动力学方程的基础上假设了机构运动的极端情况。在此情况下求得了做动电机的最大输出转矩,完成了电机的选型。最后,本文对传动支链进行了详细的设计,包括万向节的选取、支链的构型等。并在选定万向节和相应支链的构型后对其进行了有限元分析与校核。最后,完成了机构的细化设计和相应的设计原则的说明。
【关键词】：自主式水下机器人(AUV) 矢量推进器 并联机构 运动学分析 动力学分析
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-12
• 字母注释表12-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 综述14-15
• 1.2 AUV操纵装置的分类及研究现状15-20
• 1.3 矢量推进器的发展现状及并联矢量推进器的提出20-22
• 1.4 课题的来源与研究背景22-23
• 1.5 本文研究意义和主要内容23-24
• 第二章 并联机构构型及运动分析24-41
• 2.1 并联机构选型及相关尺寸设计24-26
• 2.2 并联机构运动中各作动杆长变化分析26-32
• 2.3 并联机构的运动学分析32-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 并联机构的动力学分析及电机选型41-55
• 3.1 并联机构的动力学分析41-47
• 3.2 电机及减速器选择47-51
• 3.3 并联矢量推进机构的验证与校核51-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 传动支链设计、校核与机构细化设计55-70
• 4.1 传动支链万向节的选取55-60
• 4.2 三球销万向联轴器的具体尺寸设计与有限元校核60-64
• 4.3 并联矢量推进器具体化设计64-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 参考文献72-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 GAO Fudong;PAN Cunyun;HAN Yanyan;;Design and Analysis of a New AUV's Sliding Control System Based on Dynamic Boundary Layer[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2013年01期

2 陈路伟;周朝晖;;矢量推进方式下的自主式水下航行器纵向运动操纵性分析[J];船海工程;2011年02期

3 潘存云;郭克希;杨俊;高富东;;水下矢量推进器的动力学分析[J];机械设计与研究;2010年05期

4 郭隆华;;BAE系统公司推出“泰利斯曼”近海UUV进行近距离侦查[J];舰船科学技术;2009年07期

5 陈翔;郭常宁;陆勤;石宝枢;刘鑫;;三球销式等速万向节圆周间隙分析[J];轴承;2009年07期

6 石宝枢;;三球销式万向节结构主参数的标准化与系列化设计[J];轴承;2008年12期

7 马伟锋;胡震;;AUV的研究现状与发展趋势[J];火力与指挥控制;2008年06期

8 D G CHETWYND;;Inverse dynamics and servomotor parameter estimation of a 2-DOF spherical parallel mechanism[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2008年03期

9 刘海涛;黄田;CHETWYND D G;李f，

本文编号：545185