水下电动机械臂设计及运动控制方法研究
发布时间：2021-07-14 05:36
水下机械臂常搭载在水下航行器上,用于水下矿物资源与海洋生物资源的开采。由于机械臂运动系统本身就具有非线性、强耦合性,而复杂水下环境的水动力干扰和噪声更能影响机械臂的运动控制,其精确的控制模型往往无法获得,传统控制方法效果不佳。因此,面向水下机械臂,研究一种精度较高、稳定性较好、控制较有效的控制方法成为一种较为重要的研究课题方向。本文针对以上控制难点,以设计的水下电动机械臂为模型,提出了一种基于模糊RBF（radial basis function,径向基函数）神经网络的控制方法,进而提升水下机械臂的运动控制性能。本文主要内容如下:首先,本文设计了一种水下电动机械臂,以制定的参数标准对机械臂整体进行设计,包括自由度、整体构型、本体材料及驱动方式选择,同时对机械臂部分关键零件进行有限元分析,验证其设计强度的可靠性。然后,对机械臂进行运动学建模分析,利用D-H表示法建立机械臂每个关节的坐标系,得到了正运动学方程;利用数值迭代法再反向进行逆运动学建模,得到逆运动学方程。对机械臂进行基于蒙特卡洛法的工作空间分析,在Matlab软件仿真中得到了机械臂的工作空间。再次,对机械臂进行动力学建模分析,利...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]未知环境下水下机械手智能抓取的自适应阻抗控制[J]. 张建军,刘卫东,李乐,程瑞锋,郑海峰. 上海交通大学学报. 2019(03)
[2]Obstacle-avoiding path planning for multiple autonomousunderwater vehicles with simultaneous arrival[J]. YAO Peng,QI ShengBo. Science China（Technological Sciences）. 2019(01)
[3]基于模糊RBF网络补偿的控制输入受限滑模控制[J]. 李忠秋,赵春雨,洪洋,姜波. 电子世界. 2018(12)
[4]水下机器人的研发及其应用[J]. 裴文良,郭映言,陈金山,申龙. 制造业自动化. 2018(04)
[5]水下机器人-机械手姿态调节系统研究[J]. 杨超,张铭钧,秦洪德,郭冠群,王玉甲. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[6]基于反步法的欠驱动水下机器人鲁棒定深控制[J]. 于曹阳,向先波,张嘉磊,张琴. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(10)
[7]基于滑模理论的水下机器人定深控制算法研究[J]. 杨建华,田守业. 计算机测量与控制. 2017(08)
[8]水下机械手动力学模型及力矩影响研究[J]. 高涵,张明路,张小俊,李琪. 机械设计与制造. 2017(03)
[9]不确定关节机器人模型的神经网络补偿自适应控制[J]. 钟斌. 机械科学与技术. 2017(03)
[10]深海载人潜水器的现状与展望[J]. 刘峰. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(02)
博士论文
[1]深海七功能主从液压机械手及其非线性鲁棒控制方法研究[D]. 罗高生.浙江大学 2013
[2]模拟深水环境下双机械手协调作业关键技术研究[D]. 申雄.华中科技大学 2013
[3]深水机械手动力学特性及自主作业研究[D]. 肖治琥.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于RBF神经网络补偿器的水下机器人运动控制研究[D]. 韩凌云.山东大学 2019
[2]六自由度水下机械臂系统设计及试验[D]. 郭锐.哈尔滨工程大学 2018
[3]基于作业任务的ROV双臂运动规划方法的研究[D]. 周星合.哈尔滨工程大学 2017
[4]七自由度机械臂控制系统设计与研究[D]. 李程程.东南大学 2016
[5]GAMMA300型七自由度机械臂模糊控制研究[D]. 高丑光.中北大学 2016
[6]七自由度机械臂动力学建模与轨迹规划研究[D]. 宋少华.哈尔滨工业大学 2015
[7]四自由度关节机械臂运动仿真研究[D]. 周霏.南京航空航天大学 2015
[8]基于液压螺旋摆动缸的水下机械手结构设计[D]. 陆明松.杭州电子科技大学 2015
[9]水液压驱动的水下机械手及其模糊PID控制方法研究[D]. 赵克楠.哈尔滨工程大学 2014
[10]索具用浇铸接头（BJ40）整体锻造工艺研究[D]. 李超.河北科技大学 2013
本文编号：3283522
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?“阿尔文”号水下工作图??１９９２，“”，１－３１－４??
?第１章绪论???滅逢??图１－３?“海沟”号概貌图?图１－４?“海沟”号吊装下潜图??而随着技术的发展，目前系列化商用水下机械臂型号越来越多，主要代表有：??美国?Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ?公司的?Ｏｒｉｏｎ４Ｒ、Ｃｏｎａｎ?７Ｐ、Ｒｉｇ?Ｍａｓｔｅｒ、Ａｔａｌａｓ７Ｒ；美国?ＫｒａｆｔＴｅｌｅ??Ｒｏｂｏｔｉｃｓ?公司产的?Ｇｒｉｐｓ、Ｐｒｅｄａｔｏｒｌｌ、Ｒａｐｔｏｒ、Ｖｉｐｅｒ?型号；美国?Ｗｅｓｔｅｒｎ?ｓｐａｃｅ?ａｎｄ??ｍａｒｉｎｅ公司的Ａｒｍ６６型机械臂；此外还有加拿大ＩＳＥ公司Ｍａｇｎｕｍ３？７Ｆ；英国??Ｈｙｄｒｏ２Ｌｅｋ?公司的?ＨＬＫ２ＭＡ４、ＥＨ５、ＨＤ６／６Ｂ／６Ｒ、ＣＲＡ６?等［１５］。下面给出几个??典型型号的特性参数。??图１－５所示为美国Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司研制的ＯＲＩＯＮ?４Ｒ机械臂。主要技??术指标：液压驱动，最低工作压力ｌ〇．３Ｍｐａ，最高２０．７Ｍｐａ；有效工作范围６８２ｍｍ，??手爪最大幵距１９８ｍｍ；空气中自重３０ｋｇ，海水中２１ｋｇ，抓举重物最大质量１３６ｋｇ，??夹紧力４４４８Ｎ；腕关节转矩为１７０Ｎ＇ｍ，腕部以６－３５ｎ／ｍｉｎ的速度连续３６０°旋转，??肩部转动范围１２０°，大臂１２０°。??Ｉ?Ｋ??Ｉ??图１－５?ＯＲＩＯＮ?４Ｒ机械臂?图１－６?Ｖｉｐｅｒ型机械臂??图１－６所示为美国Ｋｒａｆｔ?Ｔｅｌｅ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司研制的Ｖｉｐｅｒ型机械臂。主要技术??指标：电机驱动，比例或闭环位置控制；自重２５ｋｇ，抓举重物最大质量２０．４ｋｇ；??工作范围丨２７０ｍｍ：肩部回转角３００°，手臂俯仰角２２５°，肘关节回转角２００°，前?
?第１章绪论???滅逢??图１－３?“海沟”号概貌图?图１－４?“海沟”号吊装下潜图??而随着技术的发展，目前系列化商用水下机械臂型号越来越多，主要代表有：??美国?Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ?公司的?Ｏｒｉｏｎ４Ｒ、Ｃｏｎａｎ?７Ｐ、Ｒｉｇ?Ｍａｓｔｅｒ、Ａｔａｌａｓ７Ｒ；美国?ＫｒａｆｔＴｅｌｅ??Ｒｏｂｏｔｉｃｓ?公司产的?Ｇｒｉｐｓ、Ｐｒｅｄａｔｏｒｌｌ、Ｒａｐｔｏｒ、Ｖｉｐｅｒ?型号；美国?Ｗｅｓｔｅｒｎ?ｓｐａｃｅ?ａｎｄ??ｍａｒｉｎｅ公司的Ａｒｍ６６型机械臂；此外还有加拿大ＩＳＥ公司Ｍａｇｎｕｍ３？７Ｆ；英国??Ｈｙｄｒｏ２Ｌｅｋ?公司的?ＨＬＫ２ＭＡ４、ＥＨ５、ＨＤ６／６Ｂ／６Ｒ、ＣＲＡ６?等［１５］。下面给出几个??典型型号的特性参数。??图１－５所示为美国Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司研制的ＯＲＩＯＮ?４Ｒ机械臂。主要技??术指标：液压驱动，最低工作压力ｌ〇．３Ｍｐａ，最高２０．７Ｍｐａ；有效工作范围６８２ｍｍ，??手爪最大幵距１９８ｍｍ；空气中自重３０ｋｇ，海水中２１ｋｇ，抓举重物最大质量１３６ｋｇ，??夹紧力４４４８Ｎ；腕关节转矩为１７０Ｎ＇ｍ，腕部以６－３５ｎ／ｍｉｎ的速度连续３６０°旋转，??肩部转动范围１２０°，大臂１２０°。??Ｉ?Ｋ??Ｉ??图１－５?ＯＲＩＯＮ?４Ｒ机械臂?图１－６?Ｖｉｐｅｒ型机械臂??图１－６所示为美国Ｋｒａｆｔ?Ｔｅｌｅ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司研制的Ｖｉｐｅｒ型机械臂。主要技术??指标：电机驱动，比例或闭环位置控制；自重２５ｋｇ，抓举重物最大质量２０．４ｋｇ；??工作范围丨２７０ｍｍ：肩部回转角３００°，手臂俯仰角２２５°，肘关节回转角２００°，前?
【参考文献】：
期刊论文
[1]未知环境下水下机械手智能抓取的自适应阻抗控制[J]. 张建军,刘卫东,李乐,程瑞锋,郑海峰. 上海交通大学学报. 2019(03)
[2]Obstacle-avoiding path planning for multiple autonomousunderwater vehicles with simultaneous arrival[J]. YAO Peng,QI ShengBo. Science China（Technological Sciences）. 2019(01)
[3]基于模糊RBF网络补偿的控制输入受限滑模控制[J]. 李忠秋,赵春雨,洪洋,姜波. 电子世界. 2018(12)
[4]水下机器人的研发及其应用[J]. 裴文良,郭映言,陈金山,申龙. 制造业自动化. 2018(04)
[5]水下机器人-机械手姿态调节系统研究[J]. 杨超,张铭钧,秦洪德,郭冠群,王玉甲. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[6]基于反步法的欠驱动水下机器人鲁棒定深控制[J]. 于曹阳,向先波,张嘉磊,张琴. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(10)
[7]基于滑模理论的水下机器人定深控制算法研究[J]. 杨建华,田守业. 计算机测量与控制. 2017(08)
[8]水下机械手动力学模型及力矩影响研究[J]. 高涵,张明路,张小俊,李琪. 机械设计与制造. 2017(03)
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[10]深海载人潜水器的现状与展望[J]. 刘峰. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(02)
博士论文
[1]深海七功能主从液压机械手及其非线性鲁棒控制方法研究[D]. 罗高生.浙江大学 2013
[2]模拟深水环境下双机械手协调作业关键技术研究[D]. 申雄.华中科技大学 2013
[3]深水机械手动力学特性及自主作业研究[D]. 肖治琥.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于RBF神经网络补偿器的水下机器人运动控制研究[D]. 韩凌云.山东大学 2019
[2]六自由度水下机械臂系统设计及试验[D]. 郭锐.哈尔滨工程大学 2018
[3]基于作业任务的ROV双臂运动规划方法的研究[D]. 周星合.哈尔滨工程大学 2017
[4]七自由度机械臂控制系统设计与研究[D]. 李程程.东南大学 2016
[5]GAMMA300型七自由度机械臂模糊控制研究[D]. 高丑光.中北大学 2016
[6]七自由度机械臂动力学建模与轨迹规划研究[D]. 宋少华.哈尔滨工业大学 2015
[7]四自由度关节机械臂运动仿真研究[D]. 周霏.南京航空航天大学 2015
[8]基于液压螺旋摆动缸的水下机械手结构设计[D]. 陆明松.杭州电子科技大学 2015
[9]水液压驱动的水下机械手及其模糊PID控制方法研究[D]. 赵克楠.哈尔滨工程大学 2014
[10]索具用浇铸接头（BJ40）整体锻造工艺研究[D]. 李超.河北科技大学 2013
本文编号：3283522
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