【摘要】：隨著海洋資源開發(fā)的不斷深入,水下機(jī)器人技術(shù)越來越受到世界各國的重視。水下機(jī)械手是水下機(jī)器人的重要作業(yè)工具,搭載水下機(jī)械手的水下機(jī)器人可以下潛到潛水員無法到達(dá)的區(qū)域完成水下作業(yè)。本文的深海重型ROV(Remotely Operated Vehicle)是作業(yè)深度可以達(dá)到3000米的水下機(jī)器人,設(shè)計(jì)并研究搭載在深海重型ROV上的雙機(jī)械手具有重要的意義。首先在分析國內(nèi)外水下機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,根據(jù)深海重型ROV特殊的作業(yè)環(huán)境以及其具體作業(yè)要求,提出雙機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案,確定雙機(jī)械手的自由度分配、技術(shù)參數(shù)、材料選取和驅(qū)動(dòng)方式,設(shè)計(jì)出雙機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu),并對(duì)雙機(jī)械手的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。利用Solid Works建立雙機(jī)械手的三維模型。其次,建立UVMS(Underwater Vehicle-Manipulator System,即水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng))運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,求出UVMS正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并利用準(zhǔn)拉格朗日方程(Quasi-Lagrange)建立UVMS的動(dòng)力學(xué)模型。然后,利用機(jī)構(gòu)學(xué)凸輪曲線理論,推導(dǎo)出等加速、5次多項(xiàng)式、變形梯形、擺線、合成正弦和變形正弦運(yùn)動(dòng)曲線方程。在UVMS動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,應(yīng)用Adams軟件分析機(jī)械手按不同運(yùn)動(dòng)曲線執(zhí)行相同動(dòng)作對(duì)ROV位姿產(chǎn)生的影響。最后,使用Adams軟件模擬UVMS在水下采油系統(tǒng)安裝過程中的應(yīng)用,解決了機(jī)械手移動(dòng)作業(yè)目標(biāo)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)膯栴}。同時(shí)將四自由度機(jī)械手夾持在采油樹上,分析六自由度機(jī)械手抬舉和扭矩兩個(gè)動(dòng)作時(shí),四自由度機(jī)械手各構(gòu)件受力和扭矩情況,為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE952
【圖文】：

（c）TITAN4 （d）ORION7P/7R圖 1.1 美國Schilling公司的水下機(jī)械手系列美國的Schilling公司是比較有名的水下機(jī)械手制造研發(fā)廠商[5]，圖 1.1 為該公司具性的幾款水下機(jī)械手產(chǎn)品。其中（a）是四自由度機(jī)械手RigMaster,（b）是六自由械手CONA4,（c）是六自由度機(jī)械手TITAN4,（d）是六自由度機(jī)械手Orion7P/7R機(jī)械手都可以根據(jù)水下機(jī)器人的動(dòng)力配比和實(shí)際作業(yè)要求，直接搭載在水下機(jī)器用，能夠?qū)崿F(xiàn)伸、縮、轉(zhuǎn)、擺、握、張等功能。表 1.1 為 Schilling公司四款機(jī)械指標(biāo)。表 1-1 Schilling公司四款機(jī)械手技術(shù)指標(biāo)號(hào) RigMaster CONA4 TITAN4 ORION7P/7 重工作性 重工作性 重工作性 重工作性源 液壓 液壓 液壓 液壓控制 旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)或位置控制 位置控制 旋轉(zhuǎn)或位置控?cái)?shù) 四自由度 六自由度 六自由度 六自由度 氧化合金、不銹鋼、鈦合金 氧化合金、不銹鋼 鈦合金 氧化合金、不展 996mm 1806mm 1916mm 1532mm置 懸臂控制器 操作手臂復(fù)制 操作手臂復(fù)制 操作手臂復(fù)級(jí) 6500m 3000m 6500m 6500m

HLK-CRA6 HLK-RHD5圖 1.2 英國Hydro-Lek公司的水下機(jī)械手除了開發(fā)ROV、AUV、機(jī)器人系統(tǒng)和操縱器之外，加拿大ISE公司還致力于水下作業(yè)工具的開發(fā)。其研發(fā)的水下機(jī)械手可直接搭載在水下機(jī)器人上完成電纜切割、電纜修復(fù)、地質(zhì)取樣等作業(yè)。圖 1.3 所示的是加拿大ISE公司自主研發(fā)的系列水下機(jī)械手。其中,以Magnum7F型機(jī)械手最為經(jīng)典,其控制方式可采用主從式和開關(guān)式兩種控制方式,也可以根據(jù)實(shí)際需要加上力反饋控制方法[7]。該機(jī)械手最大作業(yè)水深為 1250m，空氣中重量為 71kg，其最大臂展為 1.5m，最大臂展時(shí)抬舉力可達(dá)到 295kg，腕部最大扭矩為 190N·m。

據(jù)實(shí)際需要加上力反饋控制方法[7]。該機(jī)械手最大作業(yè)水深為 1250m，空氣kg，其最大臂展為 1.5m，最大臂展時(shí)抬舉力可達(dá)到 295kg，腕部最大扭矩為 19圖 1.3 加拿大ISE公司的Magnum7F水下機(jī)械手圖 1.4 為美國Kraft公司研制的PredatorII機(jī)械手，該機(jī)械手具有 2m的最大作業(yè)的最大夾持負(fù)載，在空氣中重 80kg，在水中重 51kg，200o的腕部俯仰角度使大負(fù)載能力的同時(shí)能夠滿足較寬的作業(yè)范圍[8]。圖 1.5 是Kraft公司生產(chǎn)的Ra度機(jī)械手，該機(jī)械手結(jié)構(gòu)可以承受重載，在空氣中重 80kg，在水中重 44kg[9

【參考文獻(xiàn)】

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1 葉永彪;王勇;張玉勇;方霖;;水下采油樹DP船吊機(jī)下放安裝方法研究[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2015年10期

2 高勝;張飄石;劉巨保;;剛?cè)峄旌虾晡C(jī)械臂運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償與控制[J];機(jī)械傳動(dòng);2014年03期

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6 肖圣龍;方曉e

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