【摘要】：由于海洋環(huán)境監(jiān)測、海底資源勘探與開發(fā)和軍事應(yīng)用等方面的需求,使得水下機(jī)器人技術(shù)取得了長足的進(jìn)步,發(fā)展出了可用于不同環(huán)境、不同任務(wù)的多種水下機(jī)器人。其中,具有優(yōu)秀便攜性的小型水下機(jī)器人因?yàn)槭褂酶臃奖�、操作更加靈活而得到了更為廣泛的關(guān)注。小型水下機(jī)器人在水下觀測、水下考古、水下搜救、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,可以代替人類在深水環(huán)境中完成觀察、攝像、信息采集等工作。本文以小型有纜水下機(jī)器人為研究對象,根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),設(shè)計(jì)出一款具有5自由度的小型水下機(jī)器人。確定了水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式、材料、密封方式、推進(jìn)方式等,重點(diǎn)進(jìn)行了推力分配計(jì)算,基于靈活性和實(shí)用性的要求,確定了推進(jìn)器的環(huán)形矢量布置方式。計(jì)算了水下機(jī)器人的重心與浮心,并完成了對水下機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用圖譜法對小型水下機(jī)器人搭載的螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)圖譜數(shù)據(jù)計(jì)算出螺旋槳葉切面的二維坐標(biāo);然后,根據(jù)螺旋槳三維建模的轉(zhuǎn)換公式,計(jì)算出螺旋槳槳葉型值點(diǎn)的三維坐標(biāo);最后,將坐標(biāo)導(dǎo)入三維建模軟件中生成螺旋槳模型。接下來,通過數(shù)值仿真的方法研究了有軸螺旋槳和無軸螺旋槳敞水性能的區(qū)別,并將兩種螺旋槳的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明無軸螺旋槳的水動力性能要優(yōu)于有軸螺旋槳。建立了小型水下機(jī)器人運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)模型,對水下機(jī)器人所受的粘性類水動力和慣性類水動力進(jìn)行仿真計(jì)算,得到水下機(jī)器人的主要水動力系數(shù),從而進(jìn)一步完善了運(yùn)動方程。設(shè)計(jì)了水下機(jī)器人定深控制的PID控制器,并進(jìn)行了定深控制仿真,仿真結(jié)果表明PID控制算法可以有效地對水下機(jī)器人進(jìn)行定深控制。最后,分別在水池與湖泊中進(jìn)行了水下機(jī)器人定深控制實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都證明了小型水下機(jī)器人可以較為精確地完成定深運(yùn)動。
【圖文】：

圖 1.1 水下機(jī)器人的分類Fig. 1.1 Classification of underwater vehicle研究現(xiàn)狀真正意義上的潛水裝置的制造可以追溯到 16 世紀(jì)，但一器人才進(jìn)入了比較快的發(fā)展時(shí)期。因?yàn)楹Ｑ筚Y源開發(fā)的和應(yīng)用得到了空前的發(fā)展。究現(xiàn)狀一臺遙控型水下機(jī)器人—“CURV”于 1960 年由美國研制潛水器配合，在西班牙外海找到了一顆遺失在海底的氫彈，因?yàn)檫@一事件使得水下機(jī)器人技術(shù)得到了人們的重視[2]以及多方面的需要，水下機(jī)器人得到了快速發(fā)展，水下機(jī)年的發(fā)展，水下機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展出眾多種類與型號，同時(shí)

圖 1.2 LBV-150 水下機(jī)器人Fig. 1.2 LBV-150 underwater vehicle下機(jī)器人是由美國 Hydroid 公司研制的低成本輕，自主的水下航行器，專為在深度達(dá) 100水下機(jī)器人約 1.5 米，重 36 公斤，可下潛至水下能夠滿足不同用戶的多種任務(wù)要求。REMUS向和下潛。進(jìn)入水中后，REMUS100 使用聲學(xué)并記錄數(shù)據(jù)，，因此，該水下機(jī)器人特別適用
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

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本文編號：2690696