水下機(jī)器人--機(jī)械手系統(tǒng)動力學(xué)建模及運(yùn)動控制研究.pdf

1、伴隨著人類社會的發(fā)展和物質(zhì)文明的進(jìn)步,陸地上的資源正日益枯竭,而為了滿足人類社會發(fā)展對自然資源的需求,對蘊(yùn)含豐富資源的海洋的開發(fā)顯得愈發(fā)重要。在對海洋環(huán)境和資源進(jìn)行考察和勘探作業(yè)中,帶有機(jī)械手的水下機(jī)器人系統(tǒng)能夠完成除觀察監(jiān)測任務(wù)外的更為復(fù)雜的操作任務(wù),因此對水下機(jī)器人一機(jī)械手系統(tǒng)(UnderwaterVehicle-ManipulatorSystem,簡稱UVMS)動力學(xué)建模、運(yùn)動控制及運(yùn)動穩(wěn)定性的研究具有重要的意義。
　　

2、對于基座處于自由浮動狀態(tài)的UVMS,本文采用指數(shù)積公式(productexponentialsformula)分析其運(yùn)動學(xué)問題,計(jì)算出了UVMS各個(gè)構(gòu)件的速度及加速度表達(dá)式。在運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)之上,得到了UVMS運(yùn)動過程中的慣性力,并結(jié)合UVMS運(yùn)動過程中所受到的水作用力和驅(qū)動力,本文運(yùn)用Kane方程建立了UVMS的動力學(xué)模型。
　　 在UVMS的運(yùn)動過程中,機(jī)械手和水下機(jī)器人存在著動力學(xué)耦合,機(jī)械手的運(yùn)動會導(dǎo)致水下機(jī)器人的運(yùn)動

3、。為了使得機(jī)械手展開過程中對處于浮游狀態(tài)的水下機(jī)器人影響最小,應(yīng)合理地規(guī)劃機(jī)械手的展開軌跡,本文基于動平衡理論,研究機(jī)械手展開運(yùn)動對水下機(jī)器人的擺動力和擺動力矩的變化。并以此為目標(biāo)函數(shù),采用遺傳算法對機(jī)械手展開運(yùn)動的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,最終獲得了機(jī)械手展開過程中對水下機(jī)器人產(chǎn)生的擺動力和擺動力矩最小的運(yùn)動規(guī)律,并用基于動力學(xué)模型的數(shù)值仿真驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的正確性。
　　 為了研究UVMS的運(yùn)動穩(wěn)定性問題,本文參照小擾動理論,對UVMS