水下灵巧手结构设计及其运动控制关键技术研究

发布时间：2023-04-22 22:45

　　随着陆地不可再生资源愈来愈匮乏,人们对丰富海洋资源的开采越来越迫切,随之而来的则是对用于开采水下资源的工程设备性能要求也越来越高。水下灵巧手作为水下机器人的执行末端,是机器人不可或缺的一部分,随着工作环境变得愈来愈恶劣,对灵巧手的准确性、感官性、稳定性等性能的研究也变的越发重要。本课题旨在设计一个适用于水深在0-100m以内工作的水下灵巧手,并对其进行结构力学、运动学以及动力学分析研究机构机械特性,建立水下灵巧手力伺服控制系统数学模型,使用PID控制算法对所建立的控制系统进行调试,以提高控制系统的稳定特性和动态特性,减少水下灵巧手在水下工作过程中受到的水压水流影响,为今后水下灵巧手控制系统的研究提供参考。本文首先确定水下灵巧手的驱动方式,根据灵巧手驱动方式确定其机械结构整体设计方案和灵巧手控制系统方案。结合灵巧手整体设计方案对其力和运动传递方式进行选取并确定。根据运动的传递方式对灵巧手各个基本零部件进行设计和建模,然后将所有零部件进行装配完成灵巧手整体机械结构。通过运用ANSYS和hyperworks软件对水下灵巧手零部件和整体结构三维模型进行力学性能分析,判断水下灵巧手在工作时,各零...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 课题国内外研究现状及发展趋势
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
        1.3.3 水下灵巧手发展趋势
    1.4 本文的研究内容和结构
第2章 水下灵巧手结构设计
    2.1 水下灵巧手驱动系统的设计
    2.2 水下灵巧手传动方式设计
    2.3 水下灵巧手结构体的设计
    2.4 本章小结
第3章 水下灵巧手力学性能研究
    3.1 水下灵巧手零部件力学分析
    3.2 水下灵巧手整体静力学分析
        3.2.1 理想状态下整体结构力学分析
        3.2.2 具有工况作用下整体结构力学分析
    3.3 本章小结
第4章 水下灵巧手运动学动力学分析
    4.1 灵巧手运动学建模
        4.1.1 单指正运动学分析
    4.2 多指协调运动分析
        4.2.1 水下灵巧手三指位姿方程
        4.2.2 指尖球面中心坐标系的表示
    4.3 灵巧手单指的动力学分析
    4.4 动力学研究
    4.5 本章小结
第5章 水下灵巧手控制系统建模与分析
    5.1 水下灵巧手的控制方案
        5.1.1 水下灵巧手的两种控制方案
        5.1.2 水下灵巧手两种控制方案的对比选择
    5.2 水下灵巧手的整体水压系统图
    5.3 水下灵巧手水压系统元件的选择
    5.4 系统数学建模及控制性能分析
        5.4.1 力伺服控制系统数学建模
        5.4.2 力伺服水压控制系统数学模型
        5.4.3 水下灵巧手单指上钢丝绳的数学建模
        5.4.4 伺服放大器的传递函数
        5.4.5 力传感器的数学模型
        5.4.6 力伺服水压系统的数学模型
    5.5 系统的状态方程表达式
    5.6 水下灵巧手力伺服控制系统性能分析
        5.6.1 力伺服系统的稳定性分析
        5.6.2 力伺服水压控制系统能控性分析
        5.6.3 力伺服水压控制系统能观性分析
    5.7 本章小结
第6章 水下灵巧手PID控制器系统建模与仿真
    6.1 PID控制原理
    6.2 系统simulink仿真与优化
    6.3 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 本文完成的工作
    7.2 本论文工作展望
参考文献
攻读硕士期间发表的专利
致谢



本文编号：3798545