小型水下机器人载体设计及运动控制研究

发布时间：2020-06-01 00:37

【摘要】：由于海洋环境监测、海底资源勘探与开发和军事应用等方面的需求,使得水下机器人技术取得了长足的进步,发展出了可用于不同环境、不同任务的多种水下机器人。其中,具有优秀便携性的小型水下机器人因为使用更加方便、操作更加灵活而得到了更为广泛的关注。小型水下机器人在水下观测、水下考古、水下搜救、水产养殖等方面具有广阔的应用前景,可以代替人类在深水环境中完成观察、摄像、信息采集等工作。本文以小型有缆水下机器人为研究对象,根据设计指标,设计出一款具有5自由度的小型水下机器人。确定了水下机器人的结构形式、材料、密封方式、推进方式等,重点进行了推力分配计算,基于灵活性和实用性的要求,确定了推进器的环形矢量布置方式。计算了水下机器人的重心与浮心,并完成了对水下机器人控制系统的设计。利用图谱法对小型水下机器人搭载的螺旋桨进行设计。首先,根据图谱数据计算出螺旋桨叶切面的二维坐标;然后,根据螺旋桨三维建模的转换公式,计算出螺旋桨桨叶型值点的三维坐标;最后,将坐标导入三维建模软件中生成螺旋桨模型。接下来,通过数值仿真的方法研究了有轴螺旋桨和无轴螺旋桨敞水性能的区别,并将两种螺旋桨的仿真结果进行对比分析。结果表明无轴螺旋桨的水动力性能要优于有轴螺旋桨。建立了小型水下机器人运动学与动力学模型,对水下机器人所受的粘性类水动力和惯性类水动力进行仿真计算,得到水下机器人的主要水动力系数,从而进一步完善了运动方程。设计了水下机器人定深控制的PID控制器,并进行了定深控制仿真,仿真结果表明PID控制算法可以有效地对水下机器人进行定深控制。最后,分别在水池与湖泊中进行了水下机器人定深控制实验。仿真结果与实验数据都证明了小型水下机器人可以较为精确地完成定深运动。
【图文】：

图 1.1 水下机器人的分类Fig. 1.1 Classification of underwater vehicle研究现状真正意义上的潜水装置的制造可以追溯到 16 世纪，但一器人才进入了比较快的发展时期。因为海洋资源开发的和应用得到了空前的发展。究现状一台遥控型水下机器人—“CURV”于 1960 年由美国研制潜水器配合，在西班牙外海找到了一颗遗失在海底的氢弹，因为这一事件使得水下机器人技术得到了人们的重视[2]以及多方面的需要，水下机器人得到了快速发展，水下机年的发展，水下机器人已经发展出众多种类与型号，同时

图 1.2 LBV-150 水下机器人Fig. 1.2 LBV-150 underwater vehicle下机器人是由美国 Hydroid 公司研制的低成本轻，自主的水下航行器，专为在深度达 100水下机器人约 1.5 米，重 36 公斤，可下潜至水下能够满足不同用户的多种任务要求。REMUS向和下潜。进入水中后，REMUS100 使用声学并记录数据，，因此，该水下机器人特别适用
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242

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本文编号：2690696