带缆遥控水下机器人总体设计及流体动力特性研究

发布时间：2016-12-25 18:46

  本文关键词：带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析，，由笔耕文化传播整理发布。

《江苏科技大学》 2014年

带缆遥控水下机器人总体设计及流体动力特性研究

窦京  

【摘要】：带缆遥控水下机器人(ROV)是探测和开发海洋的“先锋”,已经成为一种重要的水下作业装备,并广泛应用于内河堤坝检测、海洋结构的安装与维修、深海资源探测、海洋管线检修等领域。本文对国内外典型ROV及其关键技术进行细致调研与分析,提出了一种多功能、模块化模态切换ROV(Mode Conversion ROV,简称MC-ROV),对其进行了结构设计和性能计算,根据加工图纸制造样机,下水试航并测试了其基本功能。 完成MC-ROV系统的方案设计和推进系统设计。对现有ROV的结构形式、应用背景、功能配备、机械设计深入分析,设计了可在浮游和爬行模态之间自由切换的MC-ROV。它利用吸附推进器驱动模态切换模块运动,改变了纵向电机的动力作用点,进而实现浮游和爬行清污两种作业方式的转变,该水下机器人适用范围广、电机利用率高且控制简单。 进行MC-ROV各子模块的详细设计。确定各子模块的结构型式、选择加工材料及水密部件的密封设计,基于有限元计算软件Simulation对关键的载体框架、耐压电子舱、模态切换模块进行了强度校核,结果表明设计强度和刚度均满足使用要求。利用SolidWorks完成各子模块的虚拟建模、结构布置和虚拟装配,总结一套虚拟样机调平衡法,依照此法进行对机器人本体调平直至满足结构平衡准则。 基于计算流体力学软件Fluent,开展MC-ROV水动力性能的初步研究,完成了推进器电机的选型。数值模拟了不同航速下水下机器直航、侧移、升沉运动的水动力特性,基于最小二乘法拟合求解出相关水动力系数。进行了水平斜航和垂直斜航的计算,绘制了不同航速下力／力矩随漂角／攻角的变化曲线并对结果进行了分析。数值计算与分析结果可为水下机器人的运动性能预报和操控性设计提供重要参考依据。 完成了各零件的制作、MC-ROV的安装与性能测试。根据设计确定特征尺寸、绘制出MC-ROV各部件的详细图纸,完成了零件加工。参照虚拟装配流程进行样机装配,完成控制系统电路板的安装、电子线路的敷设及陆上总体性能调试。 开展了水池自航实验。在多次实体调平和水密实验后,进行了样机的试航实验。结果表明,通过上位机操控软件和操控手柄实现了对MC-ROV的灵活操控,样机能够实现直航、回转、潜浮、水下摄像四个基本功能,航行稳定性较好。

【关键词】：
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242
【目录】：

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