UPr-SPu-UR矢量推進機構的運動性能研究.pdf

1、水下機器人是目前海洋研究的熱點之一，矢量推進作為一種有效的推進方式能夠明顯的提高水下機器人的推進性能。一些球面并聯(lián)機構具有剛度高、壽命長等優(yōu)點，同時能夠?qū)崿F(xiàn)單螺旋槳的矢量控制。目前常見的該類機構多為轉(zhuǎn)動驅(qū)動且支鏈對稱，本文采用直線驅(qū)動的非對稱機構UPR-SPU-UR，進行了運動學分析和相關仿真，并就機構性能進行了研究，為用于矢量推進的球面并聯(lián)機構的設計提供了新的思路。具體內(nèi)容如下:
　　(1)完成UPR-SPU-UR的結構描述并建

2、立坐標系，運用螺旋理論分析其自由度。利用解析法分析UPR-SPU-UR的位置關系，推導出位置正逆解。對逆解表達式兩邊關于時間求導，得到UPR-SPU-UR并聯(lián)機構兩個驅(qū)動輸入和動平臺輸出之間的速度映射矩陣，即為速度雅克比矩陣。通過ADAMS完成UPR-SPU-UR機構的多剛體建模，驗證其自由度。利用ADAMS中的點驅(qū)動和樣條驅(qū)動，完成運動學仿真和動力學的仿真，并與基于解析法的MATLAB仿真結果相比較，驗證理論推導的正確性。
　　

3、(2)分析速度雅克比矩陣，確定UPR-SPU-UR的奇異位形。綜合了驅(qū)動支鏈長度、運動副轉(zhuǎn)角、桿件干涉和奇異位形等限制條件，求解了可達工作空間，并借助MATLAB利用空間搜索法繪制出動平臺參考點的可達工作空間。以雅克比矩陣條件數(shù)的倒數(shù)作為靈巧度的判定標準，分析不同姿態(tài)下UPR-SPU-UR的靈巧性。最后計算全局雅克比矩陣，并仿真分析局部剛度圖譜和全局剛度圖譜。
　　(3)選取兩條驅(qū)動支鏈的細長桿作為柔性體，聯(lián)合ANSYS、ADAM

4、S，構建剛柔混合仿真模型，繪制空間螺旋線軌跡，分析柔性支鏈的變形對機構整體運行產(chǎn)生的影響。然后利用計算流體動力學軟件Fluent探索該推進機構螺旋槳主軸最大擺角時，螺旋槳產(chǎn)生的推動力和偏轉(zhuǎn)力，并分析其對AUV整體運行的影響。最后利用計算流體動力學研究了多種運動模式下螺旋槳的敞水性能，并對螺旋槳弦向壓力分布、槳葉表面的壓力分布和流量分布分別進行了仿真研究。
　　本文的研究結果對于UPR-SPU-UR的動力學理論分析、尺寸優(yōu)化和樣機制