一种用于水下机器人的并联机械手的设计含6张CAD图
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：145208272
类型：共享资源
大小：5.50MB
格式：ZIP
上传时间：2021-09-16
上传人：QQ14****9609
认证信息
个人认证
郭**（实名认证）
陕西
IP属地：陕西
200
积分
- 关 键 词：
-
一种
用于
水下
机器人
并联
机械手
设计
CAD
- 资源描述：
-
一种用于水下机器人的并联机械手的设计含6张CAD图,一种,用于,水下,机器人,并联,机械手,设计,CAD
- 内容简介：
-
关于水下机械手的设计研究摘要随着人类对深海探索及海洋资源开发的不断深入，水下机械臂一直都是首选重要配置。作为一种末端执行机构，机器人手爪通过模拟人手一些动作规律实现一些和人手相同或者近似的功能。为了控制机械手臂有效完成预先设定的各种任务在对任务需求进行具体分析基础上合理设计控制系统无疑有着非常重要的意义。由于机械臂水下作业环境非常恶劣，精确的控制模型往往无法获得，传统控制方法效果不佳，因此研宄一种精度较高、稳定性较好的控制方法成为一种较为重要的研究课题方向。本文对水下机械臂控制系统进行了设计，介绍了水下机械臂控制流程，描述了机械臂的水下控制系统并对机械臂系统性能参数、驱动方式进行介绍。其次，对水下机械臂进行运动学分析及模型建立，并对其仿真验证。为了使得已经设计的机器人能够高速、高精度平稳运行使用关节空间、工作空间和混合空间方法对机器人进行了轨迹规划，并利用动力学模型进行了相应的优化，最终通过实验验证了轨迹规划算法的可行性。 为水下机械臂的运动控制提供了一种精度较髙、较有效的控制方法。前言：众所周知， 如果通过卫星观察地球，可以发现地球是一个蔚蓝色的星球， 这是因为海洋面积占据地球总面积的 7 2 % 。海洋是地球重要组成部分，并且海洋存在的时间远久于大陆，由此可知，海洋中存在大量的宝贵资源，其中包括动植物资源，金属资源，石油、天然气等能源。目前由于人类对地面资源的开发过度，陆地可利用资源逐渐减少, 使得人类的目光逐渐聚集在海洋这片待开发的处女地上。回首人类历史发展，科技的进步解决了人类的难题，也可以说人类为了要解决难题而促使了科技的进步。 当年工业革命后， 煤矿资源枯竭的问题逐渐暴露， 促使了科学家加快了对新能源的探索，从而石油能源面世。而今天陆地资源的紧缺，也激发了人类对海洋开发的激情，世界各国政府机构都加大对海洋开发研究的支持力度。海洋开发成为全球最热门的研究方向。海底管道铺设及维修、水下矿类勘探、石油探测、沉船救援等水下作业工作逐渐进入人们的视野。但是水下压强高、 温度低、 能见度有限，工作环境危险复杂，不利于人类工作，因此水下作业机器人应运而生，水下机器人可代替人类在海水中执行勘探，维修检测等工作。相比于人类 水下机器人具有高效率、大深度、远距离、安全可靠四等优点，可以满足深海作业中作业深度、作业时间、作业效率的要求，从而说明一个国家对海洋资源开发程度受其水下作业机器人研发水平限制。正文：在1997年的水下机器人作业及相关技术研究中张立勋先生以石油管道检测项目为研究背景,开发了一套水下机器人作业仿真训练系统。该系统使用流行的OGRE图形引擎渲染场景,运用PhysX物理引擎技术实现物理效果,以Visual Studio 2010作为开发环境,利用C+编程实现。首先,利用目标水下机器人的相关技术参数,使用3ds max 2012建模软件工具创建水下机器人的几何模型,并且加载纹理贴图。同时对该模型的细节结构进行处理,力求模型逼真。其次,引用水下机器人的动力学模型,且使用指数积公式对水下机器人及机械臂系统进行动力学分析;根据动力学原型,设置水下机器人的相关运动参数,确保仿真过程的真实性。通过使用多体系统理论,对机械臂进行抽象简化,提出多体段机械臂模型;该模型的每个体段相互独立,由关节结构约束各个体段的运动关系,从而实现对机械臂的交互操纵仿真。从应用的角度来看,多体机械臂模型易于实现,能够较为真实的仿真机械臂的运动状况。再次,水下机器人作业仿真训练系统是基于三维虚拟仿真环境实现的。该仿真环境分为两个部分:几何建模与物理建模。几何建模部分,使用OGRE图形引擎创建仿真场景,加载与渲染几何模型,使用场景管理器管理所有的几何模型;物理建模部分,主要是应用PhysX物理引擎技术进行建模仿真。三维虚拟仿真环境的搭建,是水下机器人作业仿真系统的关键技术。最后,以Visual Studio 2010作为软件开发环境,结合OGRE图形引擎和PhysX物理引擎技术编程实现水下机器人作业仿真系统,并在仿真场景中添加粒子模糊特效,使得仿真场景更加真实。仿真结果证实,本仿真系统具有场景漫游、场景雾化特效、模糊粒子特效、机械臂交互仿真等功能,实现了水下机器人作业仿真训练统的基本要求。仿真系统使用模块化方法构建程序框架,具有高度的灵活性与可移植性,便于后续开发过程中功能的完善。在2001年的机器人学的发展趋势和发展战略蔡自兴先生全面分析和归纳了当前机器人学的发展趋势 , 并提出发展我国机器人技术的战略思考。在2002年李一平先生的水下机器人一过去、现在和未来中就给我们介绍了水下机器人的发展历史。水下机器人也称作潜水器(Underwater Vehicles)，准确地说，它不是人们通常想象的具有人形的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置，其外形更象一艘潜艇。水下机器人的种类很多，其中载人潜水器、有缆遥控水下机器人(ROV)、无缆水下机器人（AUV）是三类最重要的潜水器。回顾水下机器人的发展历史，我们从中可以看到人类征服海洋的进程。最早出现的潜水器是载人潜器，这是人们在设计潜水球和潜艇微型化的基础上研制出来的，主要是替代潜水员在深海中进行潜水作业，可进行海洋考察、打捞、水下作业和救生。其排水量从几吨到几十吨，航速为12.5米/秒，下潜深度为几百米到一万米。在载人潜器上有密封的载人舱室及生命保障系统，可乘坐23人，还有供观察用的窥视窗，潜水人员坐在耐压舱内通过视窗对海底世界进行观察，同时潜水器内还带有各种测量仪器、通讯设备，并可以携带1或2个机械手。在2006年发表的高速开关阀先导控制的液压缸位置控制系统建模与仿真研究中刘忠，廖亦凡先生针对液压机械臂的液压驱动系统要求与计算机接口方便、反应迅速并有较强抗污能力的特点,设计了基于高速开关阀先导控制的液压缸位置控制系统,并建立了相应的数学模型。通过对系统的仿真和实验分析,论证了该系统的可行性。在2007年发表的 水下机器人机械手系统构建与研究 中，张奇峰，唐元贵，李强，张艾群给我们详细介绍了三功能水下电动机械手的设计与实验,给出了载体分系统的设计结果,利用Matlab工具箱和M函数构建了系统仿真模型,可以有效地对系统规划和控制算法进行验证，可为进一步的现场试验提供指导和方法验证。在2008年发表的大时延水下机械手位置伺服控制技术研究中安江波先生在对水下机械手总体结构、运动分析及控制系统分析和研究的基础上,开发了基于速度内环和位置外环的水下机械手双闭环位置伺服控制系统。速度内环采用PI控制,有助于抑制振荡,减小超调,提高控制系统的动态性能;位置外环采用P控制,有助于保证系统静态精度和动态跟踪的性能。对于水下机械手位置伺服控制系统,水池实验结果表明,基于速度内环和位置外环的水下机械手双闭环位置伺服控制系统适合水下环境的要求,控制精度高,具有较好的抗干扰能力,同时也验证了这种控制方法的有效性和可行性。考虑到为无人无缆水下机器人（AUV）所配备的水下机械手的应有背景及工作环境的特殊性,控制系统内发生的大时延会影响整个控制系统的稳定性,降低系统的控制品质。针对这一问题,安江波先生提出了在水下机械手闭环系统的前向通道和反馈通道增加了时延缓冲器和时延补偿器的方法,以减小时延对水下机械手控制系统的影响。前向通道时延补偿器采用Smith补偿。Smith补偿是在闭环系统中增加一个补偿环节,使补偿后系统的控制通道及系统传递函数的分母不再含有延迟环节,从而改善控制系统的控制性能及稳定性;反馈通道时延补偿器是在控制系统的前向通道增加一个补偿器,使补偿后的系统等效于没有时延时的控制系统,以减小时延对控制系统的影响。由于深海作业水下机械手的时延具有随机性、可变性和不可预测性,是一种变时延。采用时延缓冲器,把变时延转换成固定时延,再进行时延补偿控制。水池实验结果验证了本文所提时延补偿方法的有效性和可行性。在2011年发表的水液压驱动的水下机械臂鲁棒控制研究中王亚猛先生给我们介绍了一种用PWM高速电磁开关阀和具有抑制水液压缸摩擦力影响的鲁棒控制器控制水液压缸以驱动具有3个自由度两关节的机械臂。采用PWM控制电磁开关阀,来降低水液压系统的信号传递非线性的不良影响;研究和设计一种鲁棒控制器对有界未知参数的补偿,从而抑制摩擦特性不确定性的影响。在2011年发表的 少自由度并联机器人的模糊控制研究中连朝阳先生基于模糊控制理论,以Delta机器人为研究对象,设计模糊控制器,对其进行轨迹跟踪控制研究。介绍了机器人的特点和国内外研究概况,对少自由度并联机器人研究现状进行了分析；在Pro/E软件里建立Delta机器人的物理模型,通过Mech/Pro无缝接口软件导入ADAMS软件进行运动学和动力学仿真分析；通过ADAMS/Control模块把ADAMS软件里Delta机器人的物理模型导入到Matlab/Simulink中,应用Matlab软件建立模糊控制器和控制系统模型,并按照给定的目标轨迹对Delta机器人进行模糊控制,实现ADAMS/Matlab的联合仿真。在2016年发表的主从水下机械臂控制系统设计中介绍了延时控制系统流程及其延时环节、校正环节，推算了两周期控制延时和三周期延时控制两种控制算法。并且对机械臂单关节在理想情况下和洋流干扰下分别进行了两周期延时控制和三周期延时控制仿真，并且判断得到两周期延时算法更适用于主从机械臂单关节控制。最后对实际操作进行验证，证明了两周期延时控制能满足六关节主从水下机械臂的操作要求。这一实验解决水下机械臂在实际控制中由于传输延时造成的运动滞后的不良现象和传输延时造成的运动间断的不良现象降低了水面操作人员的操作难度，进而提高机械臂水下作业效率，有利于水下机械臂在深海作业工作的进行。在2017年发表的Delta并联机械手的机构特性与刚柔耦合分析中陈鹏先生对Delta并联机械手进行了适当的简化,使用解析法得到了机械手的运动学正解和逆解,在此基础上推导出了机械手的雅可比矩阵和速度加速度模型,并进一步分析和讨论了机械手可能存在的奇异位型;在运动学正解的基础上分析了机械手的可达工作空间,并验证了上述分析的正确性;其次,对Delta并联机械手的轨迹规划进行了分析,对比了三种加速度规律的优缺点,最后基于修正梯形规律对机械手进行了轨迹规划。使用ADAMS和Matlab对轨迹规划进行了仿真,结果表明,在采用修正梯形规律对机械手进行轨迹规划时,机械手运行平稳,可以满足使用要求;然后,使用虚功原理建立了Delta并联机械手的刚体逆动力学模型,借助有限元分析软件对机械手的静动态特性进行了分析,找到了影响机械手工作性能的薄弱环节,为接下来的工作指明了方向;最后,使用ADAMS和ANSYS建立了Delta并联机械手的刚柔耦合虚拟样机模型。针对机械手常见的“门”字形运动轨迹,对比分析了机械手在刚体模型和刚柔耦合模型时,驱动电机的动力学特性和动平台的定位精度。在特定的工作空间要求下,针对机械手从动臂的尺寸参数进行优化分析,在经济型设计思想的指导下,得到了机械手从动臂最优的尺寸参数,为该机械手的实际工程应用提供了参考性意见。参考文献1王泽鹏.主从水下机械臂控制系统设计哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校，2016，01.2张奇峰，唐元贵，李强，张艾群水下机器人机械手系统构建与研究海洋技术，：3李一平水下机器人一过去、现在和未来自动化博览，：4蔡自兴机器人学的发展趋势和发展战略高技术通讯（）：页5：6：7：8张立勋水下机
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号