深海重型ROV双机械手设计与研究

发布时间：2020-08-03 06:29

【摘要】：随着海洋资源开发的不断深入,水下机器人技术越来越受到世界各国的重视。水下机械手是水下机器人的重要作业工具,搭载水下机械手的水下机器人可以下潜到潜水员无法到达的区域完成水下作业。本文的深海重型ROV(Remotely Operated Vehicle)是作业深度可以达到3000米的水下机器人,设计并研究搭载在深海重型ROV上的双机械手具有重要的意义。首先在分析国内外水下机械手发展现状的基础上,根据深海重型ROV特殊的作业环境以及其具体作业要求,提出双机械手的总体设计方案,确定双机械手的自由度分配、技术参数、材料选取和驱动方式,设计出双机械手机械结构,并对双机械手的液压控制系统进行详细设计。利用Solid Works建立双机械手的三维模型。其次,建立UVMS(Underwater Vehicle-Manipulator System,即水下机器人-机械手系统)运动学模型,求出UVMS正、逆运动学方程,并利用准拉格朗日方程(Quasi-Lagrange)建立UVMS的动力学模型。然后,利用机构学凸轮曲线理论,推导出等加速、5次多项式、变形梯形、摆线、合成正弦和变形正弦运动曲线方程。在UVMS动力学模型的基础上,应用Adams软件分析机械手按不同运动曲线执行相同动作对ROV位姿产生的影响。最后,使用Adams软件模拟UVMS在水下采油系统安装过程中的应用,解决了机械手移动作业目标时误差补偿的问题。同时将四自由度机械手夹持在采油树上,分析六自由度机械手抬举和扭矩两个动作时,四自由度机械手各构件受力和扭矩情况,为机械手的结构力学分析提供了理论依据。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE952
【图文】：

水下机械手,美国,六自由度,机械手

（c）TITAN4 （d）ORION7P/7R图 1.1 美国Schilling公司的水下机械手系列美国的Schilling公司是比较有名的水下机械手制造研发厂商[5]，图 1.1 为该公司具性的几款水下机械手产品。其中（a）是四自由度机械手RigMaster,（b）是六自由械手CONA4,（c）是六自由度机械手TITAN4,（d）是六自由度机械手Orion7P/7R机械手都可以根据水下机器人的动力配比和实际作业要求，直接搭载在水下机器用，能够实现伸、缩、转、摆、握、张等功能。表 1.1 为 Schilling公司四款机械指标。表 1-1 Schilling公司四款机械手技术指标号 RigMaster CONA4 TITAN4 ORION7P/7 重工作性重工作性重工作性重工作性源液压液压液压液压控制旋转旋转或位置控制位置控制旋转或位置控数四自由度六自由度六自由度六自由度氧化合金、不锈钢、钛合金氧化合金、不锈钢钛合金氧化合金、不展 996mm 1806mm 1916mm 1532mm置悬臂控制器操作手臂复制操作手臂复制操作手臂复级 6500m 3000m 6500m 6500m

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HLK-CRA6 HLK-RHD5图 1.2 英国Hydro-Lek公司的水下机械手除了开发ROV、AUV、机器人系统和操纵器之外，加拿大ISE公司还致力于水下作业工具的开发。其研发的水下机械手可直接搭载在水下机器人上完成电缆切割、电缆修复、地质取样等作业。图 1.3 所示的是加拿大ISE公司自主研发的系列水下机械手。其中,以Magnum7F型机械手最为经典,其控制方式可采用主从式和开关式两种控制方式,也可以根据实际需要加上力反馈控制方法[7]。该机械手最大作业水深为 1250m，空气中重量为 71kg，其最大臂展为 1.5m，最大臂展时抬举力可达到 295kg，腕部最大扭矩为 190N·m。

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据实际需要加上力反馈控制方法[7]。该机械手最大作业水深为 1250m，空气kg，其最大臂展为 1.5m，最大臂展时抬举力可达到 295kg，腕部最大扭矩为 19图 1.3 加拿大ISE公司的Magnum7F水下机械手图 1.4 为美国Kraft公司研制的PredatorII机械手，该机械手具有 2m的最大作业的最大夹持负载，在空气中重 80kg，在水中重 51kg，200o的腕部俯仰角度使大负载能力的同时能够满足较宽的作业范围[8]。图 1.5 是Kraft公司生产的Ra度机械手，该机械手结构可以承受重载，在空气中重 80kg，在水中重 44kg[9

【参考文献】