在陸地資源日漸減少的今天,擴(kuò)大海洋資源的開(kāi)發(fā)十分必要且緊迫。由于水下環(huán)境復(fù)雜多變,人們通常借助水下機(jī)器人搭載水下機(jī)械臂系統(tǒng)來(lái)完成深海探索和開(kāi)發(fā)。水下機(jī)械臂是機(jī)電一體化設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于勘探海洋資源、水下工程施工、海洋國(guó)防等領(lǐng)域,水下機(jī)械臂技術(shù)充分地反映了水下機(jī)器人的先進(jìn)程度。不同于工作在空氣中的機(jī)械臂,作業(yè)在水下的機(jī)械臂會(huì)受到水的粘滯阻力,有時(shí)還會(huì)受到海流的沖擊力,僅對(duì)水下機(jī)械臂進(jìn)行位置控制是不夠的,還需要對(duì)水下機(jī)械臂進(jìn)行柔順控制。因此,研究水下機(jī)械臂的柔順控制方法十分必要,是保障機(jī)械臂穩(wěn)定作業(yè)的基礎(chǔ)。本文針對(duì)一款水下機(jī)械臂,建立了水下機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型,融合運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及動(dòng)力學(xué)分析設(shè)計(jì)了基于位置的關(guān)節(jié)阻抗控制策略,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析了水下機(jī)械臂控制策略的正確性和穩(wěn)定性。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,分析了水下機(jī)械臂的構(gòu)型,利用D-H標(biāo)準(zhǔn)法建立了該機(jī)械臂的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系。詳細(xì)推導(dǎo)了機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和雅克比公式,并在MATLAB機(jī)器人工具箱中搭建了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真平臺(tái),得到了機(jī)械臂的工作空間,并驗(yàn)證了正逆解的正確性。其次,對(duì)水下機(jī)械臂進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,重點(diǎn)研究了水下機(jī)械臂的水動(dòng)力... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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美國(guó)TITAN4水下機(jī)械臂美國(guó)KraftTelerobotics公司研發(fā)兩款

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-置，因此目前市面上很多水下機(jī)械臂都是液壓驅(qū)動(dòng)的[13]。TITAN4是美國(guó)SchillingRobotics公司研發(fā)的七自由度深海機(jī)械臂，如圖1-1所示，臂長(zhǎng)約2米，有效承重122千克，極限水深可達(dá)7000米。自1987年以來(lái)，TITAN4一直是水下機(jī)械臂的行業(yè)標(biāo)桿，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)級(jí)水下機(jī)器人執(zhí)行一些重載任務(wù)。如圖1-2所示是英國(guó)Hydro-Lek公司研制的水下機(jī)械臂Hydro-lekHD5，該機(jī)械臂具有四個(gè)自由度，能在11000米水深下作業(yè)，該機(jī)械臂空重約22千克，水中約重16千克。由于該機(jī)械臂質(zhì)量較輕，可以被安裝在較小的無(wú)人潛水器上。圖1-1美國(guó)TITAN4水下機(jī)械臂圖1-2英國(guó)Hydro-lekHD5水下機(jī)械臂美國(guó)KraftTelerobotics公司研發(fā)兩款深海水下機(jī)械臂Predator和Raptor在世界范圍內(nèi)享有盛名，工作水深可達(dá)6000米。如圖1-3所示是六自由度深海機(jī)械臂Predator，空重約80千克，水中約重51千克。該機(jī)械臂抓舉范圍達(dá)到79英寸，具有高保真力反饋實(shí)驗(yàn)主從控制，能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下完成一系列復(fù)雜任務(wù)；如圖1-4所示是七功能機(jī)械手Raptor，空重和水重同Predator近似，最大抓舉重量可達(dá)227千克，具有很強(qiáng)的重載能力。圖1-3美國(guó)Predator水下機(jī)械臂圖1-4美國(guó)Raptor水下機(jī)械臂電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)械臂省去了產(chǎn)生高壓的液壓缸機(jī)構(gòu)，因而占用空間更孝組成元件更少，設(shè)備使用壽命更長(zhǎng)。此外，電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)械臂多使用直流無(wú)刷電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)精確的力和力矩控制，本質(zhì)上等同于工業(yè)機(jī)械臂。由于電驅(qū)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-置，因此目前市面上很多水下機(jī)械臂都是液壓驅(qū)動(dòng)的[13]。TITAN4是美國(guó)SchillingRobotics公司研發(fā)的七自由度深海機(jī)械臂，如圖1-1所示，臂長(zhǎng)約2米，有效承重122千克，極限水深可達(dá)7000米。自1987年以來(lái)，TITAN4一直是水下機(jī)械臂的行業(yè)標(biāo)桿，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)級(jí)水下機(jī)器人執(zhí)行一些重載任務(wù)。如圖1-2所示是英國(guó)Hydro-Lek公司研制的水下機(jī)械臂Hydro-lekHD5，該機(jī)械臂具有四個(gè)自由度，能在11000米水深下作業(yè)，該機(jī)械臂空重約22千克，水中約重16千克。由于該機(jī)械臂質(zhì)量較輕，可以被安裝在較小的無(wú)人潛水器上。圖1-1美國(guó)TITAN4水下機(jī)械臂圖1-2英國(guó)Hydro-lekHD5水下機(jī)械臂美國(guó)KraftTelerobotics公司研發(fā)兩款深海水下機(jī)械臂Predator和Raptor在世界范圍內(nèi)享有盛名，工作水深可達(dá)6000米。如圖1-3所示是六自由度深海機(jī)械臂Predator，空重約80千克，水中約重51千克。該機(jī)械臂抓舉范圍達(dá)到79英寸，具有高保真力反饋實(shí)驗(yàn)主從控制，能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下完成一系列復(fù)雜任務(wù)；如圖1-4所示是七功能機(jī)械手Raptor，空重和水重同Predator近似，最大抓舉重量可達(dá)227千克，具有很強(qiáng)的重載能力。圖1-3美國(guó)Predator水下機(jī)械臂圖1-4美國(guó)Raptor水下機(jī)械臂電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)械臂省去了產(chǎn)生高壓的液壓缸機(jī)構(gòu)，因而占用空間更孝組成元件更少，設(shè)備使用壽命更長(zhǎng)。此外，電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)械臂多使用直流無(wú)刷電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)精確的力和力矩控制，本質(zhì)上等同于工業(yè)機(jī)械臂。由于電驅(qū)

【參考文獻(xiàn)】：
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