水下液壓機械手設計與分析.pdf

1、水下機械手以水下機器人(Remotely Operated Vehicle，簡稱ROV)為載體，能夠在水中進行作業(yè)。本文在借鑒國外機械手的基礎上，設計出一種五功能水下液壓機械手。通過理論分析和數(shù)值模擬仿真等方法，對該機械手的運動學、工作空間、動力學和水動力學等進行了分析和研究。
　　首先，根據(jù)水下機械手的設計指標，確定了總體設計方案，完成了機械手本體結(jié)構(gòu)原理設計。分別對機械手手爪和關(guān)節(jié)驅(qū)動液壓缸的關(guān)鍵尺寸參數(shù)進行多組數(shù)據(jù)對比，并確

2、定了合理的尺寸。對機械手腕部進行了密封設計。運用Solidworks Simulation軟件，對機械手的關(guān)鍵零件進行了有限元分析。
　　其次，以設計出的五功能水下機械手為研究對象。運用D-H法建立了連桿坐標系，建立了機械手運動學正解的數(shù)學模型。根據(jù)運動學正解的數(shù)學模型，推導出運動學逆解的相關(guān)方程。同時，運用Robotics Toolbox工具箱對五功能水下機械手運動學進行了仿真，驗證運動學建模的準確性。
　　然后，在機械手

3、運動學基礎上，分析了其工作空間。根據(jù)機械手各個關(guān)節(jié)的活動范圍，分別運用解析法、Monte Carlo法和仿真法研究了機械手的水平和俯仰工作空間。三種方法對比發(fā)現(xiàn)，仿真法最佳，且得出的結(jié)論更加完整、快速和準確。
　　最后，運用Newton-Euler方程，建立了機械手在空氣環(huán)境中的動力學遞推模型，得到了關(guān)節(jié)力矩的遞推方程?？紤]到機械手的工作環(huán)境為深海中，主要考慮浮力、水阻力和附加質(zhì)量力對機械手關(guān)節(jié)力矩的影響，運用Morison方程，