水下機(jī)器人并聯(lián)式矢量推進(jìn)器設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、由于人類對(duì)海洋的依賴逐年增加,各種海洋勘察設(shè)備層出不窮。自治水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)作為一種高效的傳感器搭載平臺(tái),已經(jīng)成為海洋勘察裝備的主要發(fā)展方向。AUV所面對(duì)的水下工作環(huán)境十分復(fù)雜,因此良好的操縱性和機(jī)構(gòu)可靠性對(duì)于拓展AUV的探測(cè)任務(wù)范圍和提高水下生存能力至關(guān)重要。為此,本文在水下機(jī)器人和參考航天、航空領(lǐng)域現(xiàn)有推進(jìn)技術(shù)成果基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的矢量推進(jìn)器,以滿足水下機(jī)

2、器人推進(jìn)和操縱的需求。論文的研究成果如下:
　　(1)提出了一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的矢量推進(jìn)器,即3-RPS與SPS組合機(jī)構(gòu)。其中,3-RPS機(jī)構(gòu)通過改變動(dòng)平臺(tái)的空間姿態(tài),進(jìn)而改變推進(jìn)器螺旋槳軸線方向,實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)力方向的調(diào)整。采用三個(gè)作動(dòng)筒并聯(lián)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái),結(jié)構(gòu)簡單緊湊,工作空間大。此外,三個(gè)電機(jī)作動(dòng)裝置同時(shí)參與操縱,動(dòng)剛度高,電機(jī)負(fù)荷小。SPS機(jī)構(gòu)把主推電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給隨動(dòng)平臺(tái)做空間運(yùn)動(dòng)的螺旋槳軸,因此電機(jī)不必隨動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng),降低了

3、動(dòng)平臺(tái)慣性和作動(dòng)電機(jī)負(fù)荷,結(jié)構(gòu)布局更加優(yōu)化,保證了可靠性。
　　(2)根據(jù)特定的AUV幾何尺寸、運(yùn)動(dòng)空間等設(shè)計(jì)要求,用牛頓歐拉法對(duì)推進(jìn)器中的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和尺度綜合,得出主要零部件的尺寸。以俯仰和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)為分析對(duì)象,依據(jù)推力矢量的加速度、速度變化曲線,計(jì)算三個(gè)RPS支鏈伸長速度和擺動(dòng)角度隨時(shí)間變化過程,得出了RPS支鏈在操縱運(yùn)動(dòng)過程中最大加速度值。
　　(3)對(duì)矢量推進(jìn)器關(guān)鍵零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核。對(duì)主要的扭矩傳動(dòng)