【摘要】：水下機(jī)器人是目前海洋研究的熱點(diǎn)之一,矢量推進(jìn)作為一種有效的推進(jìn)方式能夠明顯的提高水下機(jī)器人的推進(jìn)性能。一些球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)單螺旋槳的矢量控制。目前常見(jiàn)的該類(lèi)機(jī)構(gòu)多為轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)且支鏈對(duì)稱,本文采用直線驅(qū)動(dòng)的非對(duì)稱機(jī)構(gòu)UPR-SPU-UR,進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和相關(guān)仿真,并就機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行了研究,為用于矢量推進(jìn)的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新的思路。具體內(nèi)容如下:(1)完成UPR-SPU-UR的結(jié)構(gòu)描述并建立坐標(biāo)系,運(yùn)用螺旋理論分析其自由度。利用解析法分析UPR-SPU-UR的位置關(guān)系,推導(dǎo)出位置正逆解。對(duì)逆解表達(dá)式兩邊關(guān)于時(shí)間求導(dǎo),得到UPR-SPU-UR并聯(lián)機(jī)構(gòu)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入和動(dòng)平臺(tái)輸出之間的速度映射矩陣,即為速度雅克比矩陣。通過(guò)ADAMS完成UPR-SPU-UR機(jī)構(gòu)的多剛體建模,驗(yàn)證其自由度。利用ADAMS中的點(diǎn)驅(qū)動(dòng)和樣條驅(qū)動(dòng),完成運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)的仿真,并與基于解析法的MATLAB仿真結(jié)果相比較,驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性。(2)分析速度雅克比矩陣,確定UPR-SPU-UR的奇異位形。綜合了驅(qū)動(dòng)支鏈長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)角、桿件干涉和奇異位形等限制條件,求解了可達(dá)工作空間,并借助MATLAB利用空間搜索法繪制出動(dòng)平臺(tái)參考點(diǎn)的可達(dá)工作空間。以雅克比矩陣條件數(shù)的倒數(shù)作為靈巧度的判定標(biāo)準(zhǔn),分析不同姿態(tài)下UPR-SPU-UR的靈巧性。最后計(jì)算全局雅克比矩陣,并仿真分析局部剛度圖譜和全局剛度圖譜。(3)選取兩條驅(qū)動(dòng)支鏈的細(xì)長(zhǎng)桿作為柔性體,聯(lián)合ANSYS、ADAMS,構(gòu)建剛?cè)峄旌戏抡婺Ｐ?繪制空間螺旋線軌跡,分析柔性支鏈的變形對(duì)機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行產(chǎn)生的影響。然后利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent探索該推進(jìn)機(jī)構(gòu)螺旋槳主軸最大擺角時(shí),螺旋槳產(chǎn)生的推動(dòng)力和偏轉(zhuǎn)力,并分析其對(duì)AUV整體運(yùn)行的影響。最后利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)研究了多種運(yùn)動(dòng)模式下螺旋槳的敞水性能,并對(duì)螺旋槳弦向壓力分布、槳葉表面的壓力分布和流量分布分別進(jìn)行了仿真研究。本文的研究結(jié)果對(duì)于UPR-SPU-UR的動(dòng)力學(xué)理論分析、尺寸優(yōu)化和樣機(jī)制作具有重要的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Underwater vehicle (AUV) is one of the hot spots in ocean research. Vector propulsion as an effective propulsion method can obviously improve the propulsion performance of AUV. Some spherical parallel mechanisms have many advantages such as high stiffness, long life and so on. At the same time, they can realize the vector control of single propeller. At present, most of these mechanisms are driven by rotation and the branch chain is symmetrical. In this paper, the kinematics analysis and related simulation of the asymmetric mechanism driven by straight line are carried out, and the performance of the mechanism is studied. It provides a new idea for the design of spherical parallel mechanism for vector propulsion. The main contents are as follows: (1) the structure of UPR-SPU-UR is described and the coordinate system is established. The degree of freedom is analyzed by helical theory. The position relation of UPR-SPU-UR is analyzed by analytic method, and the positive and inverse solution of position is deduced. The velocity mapping matrix between two driving inputs and moving platform outputs of the UPR-SPU-UR parallel mechanism is obtained, which is called the speed Jacobian matrix. The multi-rigid body modeling of UPR-SPU-UR mechanism is completed by ADAMS, and its degree of freedom is verified. The kinematics simulation and dynamics simulation are completed by using the point drive and spline drive in ADAMS, and compared with the results of MATLAB simulation based on analytic method, the correctness of the theoretical derivation is verified. (2) the velocity Jacobian matrix is analyzed. The singular configuration of UPR-SPU-UR is determined. The reachable workspace is solved by synthesizing the limiting conditions such as the length of the driving chain, the angle of the motion pair, the interference of the bar and the singular configuration, and the reachable workspace of the reference point of the platform is plotted with the help of MATLAB by the method of space search. Taking the reciprocal of Jacobian matrix condition number as the criterion of dexterity, the dexterity of UPR-SPU-UR under different attitude is analyzed. Finally, the global Jacobian matrix is calculated, and the local stiffness and global stiffness maps are simulated. (3) two slender rods driving the chain are selected as flexible bodies, and the rigid-flexible hybrid simulation model is constructed by combining with ANSYS,ADAMS,. The effect of the deformation of the flexible branch chain on the whole operation of the mechanism is analyzed. Then the propeller's driving force and deflection force are explored by using the computational fluid dynamics software Fluent, and its influence on the whole operation of AUV is analyzed. Finally, the open water performance of propeller under various moving modes is studied by computational fluid dynamics. The chordal pressure distribution, pressure distribution and flow distribution of propeller blade surface are simulated respectively. The results of this paper are of great significance to the dynamics theory analysis, dimension optimization and prototype fabrication of UPR-SPU-UR.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH112;TP242

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周立華,K H Modler,H Kerle,林松;簡(jiǎn)介德國(guó)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2001年01期

2 鄭亞青,劉雄偉;繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究概況與發(fā)展趨勢(shì)[J];中國(guó)機(jī)械工程;2003年09期

3 郭瑞琴;;并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分岔與穩(wěn)定性分析[J];機(jī)械傳動(dòng);2008年02期

4 ;第三屆并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展方向國(guó)際會(huì)議征文通知[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年14期

5 ;第三屆并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展方向國(guó)際會(huì)議征文通知[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年16期

6 ;第三屆并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展方向國(guó)際會(huì)議征文通知[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年18期

7 ;第三屆并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展方向國(guó)際會(huì)議征文通知[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年17期

8 鄧嘉鳴;尹洪波;沈惠平;李菊;楊廷力;;基于方位特征集的兩轉(zhuǎn)動(dòng)(0T-2R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的型綜合及其應(yīng)用[J];中國(guó)機(jī)械工程;2013年24期

9 李鷺揚(yáng),吳洪濤;并聯(lián)機(jī)構(gòu)正運(yùn)動(dòng)學(xué)一維搜索法[J];揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年01期

10 楊光,文福安,魏世民;用于并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置正解的座標(biāo)法[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2001年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 蘇軍輝;黃玉美;高峰;;抓取機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度解析[A];制造技術(shù)自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

2 楊東超;楊向東;劉莉;陳懇;;并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可驅(qū)動(dòng)性研究[A];2007年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2007年

3 張義鳳;姚郁;;六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)速度性能優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)第五次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨2006年全國(guó)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

4 孟飛;;極限邊界搜索實(shí)現(xiàn)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間分析[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第五屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

5 范彩霞;劉宏昭;;雙驅(qū)動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)型綜合[A];第9屆中國(guó)機(jī)構(gòu)與機(jī)器科學(xué)應(yīng)用國(guó)際會(huì)議（CCAMMS 2011）暨中國(guó)輕工機(jī)械協(xié)會(huì)科技研討會(huì)論文集[C];2011年

6 董培濤;吳學(xué)忠;;平面二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間分析的新方法[A];面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程——2001年“面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程”學(xué)術(shù)會(huì)議暨企業(yè)生產(chǎn)工程與產(chǎn)品創(chuàng)新專(zhuān)題研討會(huì)論文集[C];2001年

7 劉治志;羅玉峰;石志新;楊廷力;;一種平面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的序單開(kāi)鏈法[A];第十一屆全國(guó)非線性振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第八屆全國(guó)非線性動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

8 榮輝;丁洪生;張同莊;;一種空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)力平衡[A];第十三屆全國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2002年

9 王昕;李澤湘;;冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制分析與應(yīng)用[A];第二十二屆中國(guó)控制會(huì)議論文集（下）[C];2003年

10 宋方臻;宋波;;平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與磁懸浮控制電主軸耦合系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析[A];中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專(zhuān)業(yè)委員會(huì)A卷[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 毛秉毅;閉環(huán)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)渑邎D理論與應(yīng)用[D];燕山大學(xué);2015年

2 邵杰杰;浸沒(méi)流場(chǎng)縫隙控制技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 丁建;六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度分析及其綜合方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 徐東濤;基于動(dòng)力學(xué)分析的改進(jìn)型Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠性建模技術(shù)[D];東北大學(xué);2015年

5 紀(jì)志飛;3-SPS張拉整體并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合與運(yùn)動(dòng)性能分析及能量采集研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

6 曹文熬;空間多環(huán)耦合機(jī)構(gòu)數(shù)字化構(gòu)型綜合理論[D];燕山大學(xué);2014年

7 葉偉;一類(lèi)可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[D];北京交通大學(xué);2016年

8 汪從哲;多轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D];北京交通大學(xué);2016年

9 張秀禮;一類(lèi)含復(fù)合驅(qū)動(dòng)及約束分支少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論研究[D];燕山大學(xué);2016年

10 張普;面向操作順應(yīng)性的鍛造模擬器設(shè)計(jì)與評(píng)估方法研究[D];上海交通大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙世培;并聯(lián)機(jī)構(gòu)的人機(jī)交互式裝配實(shí)現(xiàn)及運(yùn)動(dòng)性能自動(dòng)分析[D];燕山大學(xué);2015年

2 何勇;面向車(chē)載設(shè)備的多維激振平臺(tái)系統(tǒng)研制[D];燕山大學(xué);2015年

3 郭萌萌;重力作用下被動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)受力與虛擬仿真分析[D];燕山大學(xué);2015年

4 盧芹芹;三維平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)型綜合與性能分析[D];燕山大學(xué);2015年

5 蘇永林;基于解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的推拿機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究[D];燕山大學(xué);2015年

6 楊超;直線驅(qū)動(dòng)的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制技術(shù)研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

7 宮玉鳳;一種一轉(zhuǎn)四移驅(qū)動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人的理論研究[D];燕山大學(xué);2015年

8 周莎莎;少自由度過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究[D];河北工程大學(xué);2015年

9 吳靜;被動(dòng)鉸為球鉸的二自由度平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)[D];南京理工大學(xué);2015年

10 果金龍;C形龍門(mén)架并聯(lián)銑床剛度與動(dòng)態(tài)特性研究[D];南京理工大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：2375548