一種開放式深海機械手結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著人類對海洋探索的不斷深入，水下機械手，特別是深海機械手得到了越來越多的重視和應(yīng)用。水下機械手的動力學(xué)性能是衡量機械手作業(yè)能力的重要指標(biāo)，機械手的幾何結(jié)構(gòu)、加工制造方法、操作控制系統(tǒng)、工作環(huán)境等因素都會影響到水下機械手的動力學(xué)性能。
　　 本課題來源于國家科技部高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）課題“深海精密作業(yè)機械手關(guān)鍵技術(shù)”。論文針對深海3500米作業(yè)機械手，根據(jù)功能需求以及相應(yīng)的性能指標(biāo)，分析了其原理方案，提出了一種新型的

2、開放式機械結(jié)構(gòu)，其大部分部件可以直接工作于海水環(huán)境中，有效簡化了機械手的密封，使其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性大大降低，并減輕了機械手自重，增加了負重自重比。對機械手的靜力分析結(jié)果表明，所提出的機械結(jié)構(gòu)能有效滿足靜載荷下強度、剛度要求；
　　 基于所提出的機械手機械結(jié)構(gòu)，分析了其運動學(xué)，計算了其工作空間以及運動學(xué)正、逆解，基于拉格朗日方法建立了其動力學(xué)模型，推導(dǎo)了其具體的動力學(xué)模型表達式，為動力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)；
　　 采用Matlab

3、與Adams聯(lián)合仿真方法，建立了機械手仿真模型，對機械手的動力學(xué)進行仿真及分析?？紤]機械手處于水流及重力作用的環(huán)境下，仿真了機械手的運動控制過程，得到了機械手的關(guān)節(jié)角度、位置運動及關(guān)節(jié)力矩變化情況。仿真結(jié)果表明，在機械手為達到指定作業(yè)目標(biāo)的運動過程中，各關(guān)節(jié)電機的實際負載能力能夠滿足機械手各關(guān)節(jié)在運動過程中所需的控制力矩，且各關(guān)節(jié)反應(yīng)速度較快速，穩(wěn)態(tài)誤差較小。當(dāng)存在水流干擾時，響應(yīng)曲線、控制力矩變化不明顯，但普遍存在一定超調(diào)量，會對作業(yè)

4、效果產(chǎn)生一定影響；
　　 根據(jù)仿真分析結(jié)果，對機械手進行了優(yōu)化、細化設(shè)計。適當(dāng)減小了大臂壁厚，在小臂的兩端增加可以安裝滑動軸承的連接法蘭，使小臂中間空心部分直徑加大。由此進一步減輕了影響機械手動態(tài)性能的關(guān)鍵部件的質(zhì)量及機械手的整體質(zhì)量。獲得了機械手最終設(shè)計，其自重僅僅為指標(biāo)重量的一半。對改進后的機械手進行的靜力分析結(jié)果表明，其強度及剛度滿足要求。對機械手的動力學(xué)仿真驗證結(jié)果顯示，在進行定點作業(yè)時，該機械手具有較好的動態(tài)特性。