带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

发布时间：2016-07-22 16:08

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。

当前位置：文档下载 > 所有分类 > 工程科技 > 信息与通信 > 带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

第8期吴家鸣等：带缆遥控水下机器人水动力数学模型…829

程的边界条件，通过在脐带缆两端的边界条件耦合从而构成整个带缆遥控水下机器人的水动力数学模型。

2.1脐带缆运动方程

脐带缆的运动方程可以写作如下的矩阵形式[7]：

觶+QMY′=NY

T,vt,vn,vb,谆,φ觶Y=觶觶=坠YY′=坠Y,Y坠s坠t

(1)(2)(3)

在方程（2）中，T为脐带缆的张力，vt，vn和vb为脐带缆在其局部坐标系（t，n，b）下的三个速度分量，谆和φ为脐带缆局部坐标与绝对坐标之间的方向角。在方程（3）中，s表示缆上一定点到上端点之间未伸长前的缆长，t表示时间。在方程（1）中的M和N为6阶方阵；Q为6阶列矩阵。谆、φ的定义以及

图1带缆水下机器人系统坐标示意图

Fig.1Sketchofatetheredunderwater

带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析

robot

M、N和Q的表达式见参考文献[7]。在方程（2）中，vt、vn和vb的合速度V以及其模V为：

V=姨vt+vn+vbV=VS-VC

其中，VS为脐带缆中一点在静水中的速度；VC为脐带缆工作区域中的流速。

在脐带缆的任意一点，脐带缆的相对坐标与绝对坐标之间的关系由下式确定：

(4)(5)

觶；t,n,b觶=觶i,j,k觶D；(6)

其中；为拖曳缆绳的相对坐标与绝对坐标之间的转换矩阵[7]；觶为拖曳缆绳相对坐标单位矢量；D；t,n,b觶觶为绝对坐标单位矢量。i,j,k觶

2.2脐带缆运动方程的边界条件

在脐带缆的水面上端边界，vt、vn和vb的值由下式给出：

；；vt,vn,vb；vx,vy,vz；=；D；

式中，vx，vy和vz为脐带缆的水面上端与工作母船连接点处在绝对坐标系下的速度分量。

脐带缆的下端与水下机器人接合点处的速度耦合关系为：

(7)

；V0+覣×rT；=；；E；D；Va

(8)

其中，V0=觶为水下机器人在其局部坐标系下三维线速度与角速度分量；rT=u,v,w觶和覣=觶p,q,r觶

觶xT,yT,zT觶为机器人局部坐标系下接合点处的坐标；Va是在脐带缆局部坐标系中脐带缆与水下机器人

连接点处的速度；；；E为水下机器人的相对坐标与绝对坐标之间的转换矩阵[8]。

2.3水下机器人的运动方程

在本模型中水下机器人的水动力特性由通用的潜水艇六自由度运动方程来描述，在水下机器人局部坐标系下该方程可以表述为[8-9]：

觶-vr+wq-x觶22觶；m；=X觶觶觶觶u+zG觶Gq+r+yG觶pq-rpr+q

22觶+ur-wp+x觶觶觶m；=Y觶觶；觶觶v-y+zG觶p+rGpq+rGqr-p22觶-uq+vp+x觶觶觶；m；=Z觶觶w-zG觶p+q觶Gpr-q+yG觶qr+p

22觶+觶Iz-Iy觶觶觶觶觶觶-uq+vp觶觶+ur-wpIxpqr+Ixy觶-Iyz觶-Ixz觶+m；yG觶-zG觶q-r觶wvpr-qpq+r

(9)(10)(11)

觶；=K

(12)

Word文档免费下载：带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析 （下载1-10页，，共10页）

我要评论