水下機(jī)器人對(duì)接裝置液壓系統(tǒng)及控制技術(shù)研究.pdf

1、自主式水下機(jī)器人(Autonomous UnderwearVehicle，簡(jiǎn)稱AUV)是一種重要的水下作業(yè)裝備，在海洋考察、海底探測(cè)、海洋救援等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。但由于AUV體積有限，所攜帶的能源難以維持其長(zhǎng)時(shí)間、大范圍作業(yè)，需要對(duì)AUV進(jìn)行能源補(bǔ)充。水下對(duì)接技術(shù)能夠在AUV靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，通過電纜自主實(shí)現(xiàn)AUV與水下空間站之間柔性對(duì)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)充電、數(shù)據(jù)交換等功能。水下對(duì)接技術(shù)對(duì)于延長(zhǎng)AUV作業(yè)時(shí)間、擴(kuò)大AUV作業(yè)范圍具有重

2、要作用。
　　本文歸納分析國(guó)內(nèi)外AUV水下對(duì)接技術(shù)的研究現(xiàn)狀，結(jié)合課題需求，確定AUV水下對(duì)接裝置的總體方案。相對(duì)于其他 AUV水下對(duì)接裝置，本文確定的對(duì)接裝置方案能夠通過調(diào)平機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)整對(duì)接裝置對(duì)接筒水平位置和導(dǎo)向罩的開口方向，使對(duì)接裝置適應(yīng)海底地形和海流流向，從而提高對(duì)接的成功率。在對(duì)接裝置總體方案的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)研究對(duì)接裝置的液壓系統(tǒng)及控制技術(shù)。
　　針對(duì)傳統(tǒng)油液壓技術(shù)在海中工作因泄漏對(duì)海洋環(huán)境造成污染的問題，

3、本文研究無污染的海水液壓技術(shù)，設(shè)計(jì)海水液壓系統(tǒng)并根據(jù)對(duì)接裝置技術(shù)要求進(jìn)行海水液壓系統(tǒng)元件選型。由于海水液壓技術(shù)尚存在一定的局限，為尋求海水液壓元件替代品，本文通過實(shí)驗(yàn)研究水介質(zhì)下葉片式氣動(dòng)馬達(dá)和活塞式氣動(dòng)馬達(dá)的性能，結(jié)果水介質(zhì)下氣動(dòng)馬達(dá)的性能并不能滿足課題需求，通過實(shí)驗(yàn)研究本文最終確定了以水—乙二醇液壓液為工作介質(zhì)的液壓系統(tǒng)方案。
　　液壓系統(tǒng)方案確定后，本文對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，研制一套完整的液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。本文根據(jù)對(duì)接裝

4、置技術(shù)要求和執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)，對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行選型并自行研制水下用帶位置檢測(cè)功能的液壓缸。根據(jù)液壓馬達(dá)、液壓缸的參數(shù)，確定液壓泵、電機(jī)、壓力補(bǔ)償器等液壓系統(tǒng)動(dòng)力源。為解決液壓系統(tǒng)密封問題，本文設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)密封艙。在此基礎(chǔ)上，對(duì)本文研制的液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了陸上系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。
　　針對(duì)液壓系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的高壓直流電機(jī)與電機(jī)控制器不匹配及電感式接近開關(guān)工作不穩(wěn)定的問題，本文通過實(shí)驗(yàn)和理論分析確定故障的原因，采取更換電機(jī)和控制器及屏蔽電機(jī)

5、電磁干擾的措施解決聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)中的問題。
　　本文根據(jù)對(duì)接流程，分析控制系統(tǒng)所需的傳感器和執(zhí)行器并進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，為實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集和對(duì)電機(jī)、液壓系統(tǒng)的控制，本文設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟硬件，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制系統(tǒng)的可行性和可靠性。為解決控制系統(tǒng)密封問題，本文設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)電子艙，研制出對(duì)接裝置控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。
　　為了研究液壓控制系統(tǒng)性能，本文對(duì)液壓系統(tǒng)鎖緊回路進(jìn)行建模仿真，推導(dǎo)鎖緊回路閥控非對(duì)稱式液壓缸的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上得出

6、系統(tǒng)總體的數(shù)學(xué)模型并運(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真，采用PID控制算法提高控制系統(tǒng)性能，并通過對(duì)接裝置陸上鎖緊實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果。
　　為驗(yàn)證對(duì)接裝置功能模塊及液壓控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，本文對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和陸上聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)，解決了實(shí)驗(yàn)過程中的制動(dòng)機(jī)構(gòu)制動(dòng)力矩不足的問題。為能夠準(zhǔn)確從壓力傳感器和流速流向計(jì)讀取所需物理量，本文進(jìn)行了壓力傳感器和流速流向計(jì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。本文通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定完成一次對(duì)接過程所消耗的能量，為對(duì)接裝置水下電源設(shè)計(jì)提供參考