當(dāng)前陸地資源日益匱乏,海洋資源逐漸成為人類關(guān)注重點,作為開發(fā)海洋資源的重要裝備之一,水下機(jī)器人-機(jī)械臂系統(tǒng)（UVMS）具有獨(dú)特的自身結(jié)構(gòu)和執(zhí)行任務(wù)的多樣性等特點,逐漸成為海洋開發(fā)研究中的熱點。UVMS主要由水下機(jī)器人系統(tǒng)和水下機(jī)械臂系統(tǒng)組成,兩系統(tǒng)均具有強(qiáng)耦合、時變性等特點,因此兩系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制尤為關(guān)鍵,也是UVMS完成水下作業(yè)控制任務(wù)的重點和難點。本文首先構(gòu)建UVMS對應(yīng)坐標(biāo)系,將水下機(jī)器人系統(tǒng)和水下機(jī)械臂系統(tǒng)在相應(yīng)坐標(biāo)系下,依據(jù)相關(guān)原理分別推導(dǎo)兩個分系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,通過牛頓-歐拉動力學(xué)分析法得到UVMS整體動力學(xué)模型,為之后分析奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。其次依據(jù)已構(gòu)建水下機(jī)械臂系統(tǒng)動力學(xué)模型,設(shè)計基于HJI理論的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器,以二自由度水下機(jī)械臂為控制對象,分別基于水動力作用、基于模型不確定性和未知干擾作用,對水下機(jī)械臂軌跡跟蹤控制進(jìn)行仿真,通過仿真結(jié)果分析,驗證所設(shè)計控制器具有良好的控制性能和較強(qiáng)的魯棒性,該控制器具有一定可行性。再次依據(jù)已構(gòu)建水下機(jī)器人系統(tǒng)動力學(xué)模型,通過動力學(xué)解耦方法得到水下機(jī)器人系統(tǒng)垂直面動力學(xué)模型;依據(jù)垂直面動力學(xué)模型,設(shè)計帶非線性... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

“OTTO”型水下機(jī)器人-機(jī)械臂系統(tǒng)

作業(yè)型水下機(jī)器人運(yùn)動控制研究4AutonomousSystems實驗室主導(dǎo)“SAUVIM”項目[19]，首次實現(xiàn)無接駁點水下作業(yè)任務(wù)。該項目使用UVMS搭載IXSEA公司的PHINS單元，并依靠輔助的差分GPS和多普勒導(dǎo)航儀等設(shè)備，提升了水下機(jī)器人的定位精度。SAUVIM使用的是具有七自由度的電驅(qū)水下機(jī)械臂，每個自由度都依靠帶有諧波傳動的電機(jī)驅(qū)動，可以提升水下機(jī)械臂末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置準(zhǔn)確性。值得提出的是在該項目中，水下機(jī)械臂質(zhì)量與水下機(jī)器人本體的質(zhì)量差距較大，有利于UVMS的解耦合，方便實現(xiàn)控制器的設(shè)計。圖1-3“ALIVE”型UVMSFig.1-3“ALIVE”underwatervertical-manipulatorsystems日本東京大學(xué)研制的自主水下機(jī)器人TwinBurger在智能性上取得了較大進(jìn)步，并在水池實驗中成功實現(xiàn)完成躲避障礙物的矩形軌跡規(guī)劃路線。在此基礎(chǔ)之上，Ishitsuka等人又將兩自由度水下機(jī)械臂裝在水下機(jī)器人本體上構(gòu)成了UVMS，該系統(tǒng)采用了多處理器系統(tǒng)作控制機(jī)，同時采用分散管理形式，從而實現(xiàn)系統(tǒng)水下作業(yè)任務(wù)[20]。2017年，日本川崎重工在英國海域完成自主水下機(jī)器人“Alister”AUV的海試驗證試驗[21]。該水下機(jī)器人能夠根據(jù)實時環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，自主完成預(yù)先設(shè)置任務(wù)，還能完成水下充電和采集數(shù)據(jù)任務(wù)，大大減少了回收和任務(wù)部署工作。圖1-4TwinBurger和“Alister”水下機(jī)器人Fig.1-4TwinBurgerand“Alister”underwatervertical

青島科技大學(xué)學(xué)位論文132UVMS系統(tǒng)建模水下機(jī)器人—機(jī)械臂系統(tǒng)（UVMS）是一個主要由水下機(jī)器人和水下機(jī)械臂兩個系統(tǒng)組成的非線性、多耦合的非線性系統(tǒng)。水下機(jī)器人和水下機(jī)械臂兩個分系統(tǒng)均是較復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，因此深入研究UVMS數(shù)學(xué)模型頗為重要。本章首先分別建立水下機(jī)器人和水下機(jī)械臂兩個分系統(tǒng)坐標(biāo)系，并對水下機(jī)器人和水下機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)模型和動力學(xué)模型進(jìn)行分析，之后結(jié)合兩個分系統(tǒng)特點得到UVMS整體數(shù)學(xué)模型，并分析UVMS運(yùn)動學(xué)模型和動力學(xué)模型。2.1水下機(jī)器人系統(tǒng)2.1.1水下機(jī)器人本體坐標(biāo)系建立UVMS的運(yùn)動主要依托水下機(jī)器人（ROV）本體的運(yùn)動，因此研究水下機(jī)器人運(yùn)動規(guī)律很有必要。在研究ROV運(yùn)動規(guī)律之前，首先要建立有利于分析水下機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)的坐標(biāo)系，如圖2-1。圖2-1ROV參考坐標(biāo)系Fig.2-1ROVreferencecoordinatesystem其中：（1）A-xyz為慣性坐標(biāo)系，是一個固定坐標(biāo)系，與平常使用的坐標(biāo)系相同，該坐標(biāo)用來描述水下機(jī)器人位置和姿態(tài)。該系原點A可取ROV與地球表面切平面的任意一點，Az軸指向地心，Ax軸指向正北方向，Ay軸指向正東方向。（2）mmmOxyz為隨體坐標(biāo)系，是一個動坐標(biāo)系，固定于水下機(jī)器人上，隨水下機(jī)器人運(yùn)動而運(yùn)動，用來描述水下機(jī)器人的速度和角速度。該坐標(biāo)系原點O

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水下機(jī)械手分?jǐn)?shù)階積分滑模軌跡跟蹤控制方法研究[J]. 黃道敏,韓麗君,唐國元,周曾成,徐國華.  中國機(jī)械工程. 2019(13)
[2]基于指數(shù)趨近滑�？刂频乃聶C(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)軌跡跟蹤[J]. 湯奇榮,鄧振強(qiáng),李英浩,陳迪.  艦船科學(xué)技術(shù). 2019(01)
[3]水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)非奇異終端滑模控制[J]. 王堯堯,顧臨怡,陳柏,吳洪濤.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2018(05)
[4]水下機(jī)器人-機(jī)械手姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究[J]. 楊超,張銘鈞,秦洪德,郭冠群,王玉甲.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2018(02)
[5]基于滑模理論的水下機(jī)器人定深控制算法研究[J]. 楊建華,田守業(yè).  計算機(jī)測量與控制. 2017(08)
[6]SY-Ⅱ水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動控制[J]. 李冀永,萬磊,黃海,秦洪德.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(05)
[7]中科院沈陽自動化所研發(fā)的“潛龍二號”通過驗收[J]. 彭科峰.  軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品. 2016(15)
[8]基于NDO的ROV變深自適應(yīng)終端滑�？刂破髟O(shè)計[J]. 魏延輝,周衛(wèi)祥,陳巍,胡佳興,李光春.  控制與決策. 2016(02)
[9]水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)控制方法綜述[J]. 陳巍,魏延輝,曾建輝,賈獻(xiàn)強(qiáng),王澤鵬.  重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)). 2015(08)
[10]海洋探測技術(shù)與裝備發(fā)展探討[J]. 朱心科,金翔龍,陶春輝,初鳳友,趙建如,李一平.  機(jī)器人. 2013(03)

博士論文
[1]深水機(jī)械手動力學(xué)特性及自主作業(yè)研究[D]. 肖治琥.華中科技大學(xué) 2011
[2]水下自主作業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究[D]. 郭瑩.華中科技大學(xué) 2008

碩士論文
[1]作業(yè)型水下機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)與控制研究[D]. 高智俊.浙江大學(xué) 2019
[2]深海重型ROV雙機(jī)械手設(shè)計與研究[D]. 楊明巖.東北石油大學(xué) 2018
[3]水下機(jī)器人—機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究[D]. 李金林.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[4]水下機(jī)器人（ROV）運(yùn)動姿態(tài)控制研究[D]. 鄒博.江蘇科技大學(xué) 2018
[5]作業(yè)型ROV動力定位控制技術(shù)研究[D]. 劉合偉.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[6]UVMS協(xié)調(diào)控制方法的研究[D]. 陳巍.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[7]UVMS運(yùn)動控制方法研究[D]. 劉鑫.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[8]基于終端滑模的水下機(jī)械手運(yùn)動控制技術(shù)研究[D]. 秦耀昌.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[9]水下機(jī)器人—機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動規(guī)劃與控制技術(shù)研究[D]. 彭生全.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[10]水液壓驅(qū)動的水下機(jī)械臂PWM魯棒控制研究[D]. 王亞猛.華中科技大學(xué) 2011



本文編號：3241273