面向水下作业的水液压机械手研究与展望

水液压技术在水下作业环境中具有鲜明的技术优势,在海洋探测、海洋资源开发等领域具有广阔的应用前景。水下机械手是执行水下作业任务的重要工具,将水液压技术应用于水下作业机械手,可降低水下机器人-机械手系统的复杂程度、提高性能上限。通过阐述当前国内外各研究机构针对不同应用场景所研制水下机械手的结构特点、研究水平和商业化发展现状,对比分析不同驱动形式的优缺点及其对水下机械手性能和设计要点的影响,得出水液压驱动水下机械手是当前水下作业工具的最佳选择。在此基础上分析了水液压机械手设计中需解决的摩擦与润滑、材料、动力学模型、运动控制等关键技术问题,最后对水液压机械手未来发展的趋势进行了展望,以期为相关研究提供参考。     

基于轨迹规划的水下机械手电液控制系统研究

水下机械手是海洋油气开采及应急作业的重要装备,针对其作业特点,建立了机械手三维结构模型,分析了其运动学正逆解,研究了其末端执行器直线运动轨迹规划方法、电液系统模型及控制方法,以此为基础提出了基于轨迹规划的水下机械手电液控制方法。在Matlab／Simulink环境下建立了电液控制系统的仿真模型。     

5自由度自主式水下机械手的研制

自主作业水下机械手是水下无人无缆自主式潜水器（AUV）研究的重要内容之一,详细介绍了研制的5自由度自主作业水下机械手的结构设计特点和主要性能技术指标,论述了机械手的控制和计算机仿真及调试试验情况。     

水下清刷机械手的总体设计及方案分析

目前急需研制船舶表面水下自动清刷机器人,国内外对螺旋桨水下自动清刷机器人的研究还很少,水下清刷机械手的设计分析具有重要价值。针对要完成螺旋桨桨叶复杂曲面水下自动清刷作业的机械手,进行了方案设计,水下清刷机械手作为水下机器人的拓展模块,由2只具有对称结构的抓取机械手和1只清刷机械手组成,介绍了机械手的技术参数、总体系统、原理、功能和工作空间。该方案合理解决了高效、完整地对目标4叶螺旋桨进行清刷作业的关键问题。     

三自由度水下机械手研制

为了研究无人无缆自主式水下机器人的深海作业性能,在分析了水下机械手工作环境及作业性能的基础上,研制了三自由度水下机械手。在考虑了本体材料、耐压壳体形状、水密接插件和关节走线形式等基础上,进行了水下机械手的本体结构设计,同时也对水下机械手的关节驱动方式进行了研究。为了实现对水下机械手的有效控制,采用上位机和下位机两级控制方式,并完成了硬件和软件设计。最后进行了实验调试,其结果表明了所研制的水下机械手满足设计要求。     

水下七功能电动机械手设计研究

以适用于水下自主作业的电动机械手为研究对象,通过设计一个具有六自由度和夹钳剪切功能机构,组建了一个水下自主作业七功能电动机械手。机械手主要包括三个基本运动模块和一个夹钳剪切模块,具有质轻,作业范围大,回收状态良好等特点;机械手实现了内部走线,深海密封作业,关节绝对位置的检测和高精度控制。介绍了水下七功能电动机械手的整体结构,典型运动模块结构和工作原理,并对机械手进行运动学分析及作业空间分析,对其关键关节进行静力学分析,动力学仿真和有限元分析,验证机械手结构设计的可行性。     

水下机械手结构设计与研究

为了研究海洋环境下水下机械手智能控制相关技术,在分析了水下机械手工作环境及作业性能的基础上,研制了三自由度无人无缆自主式水下机器人用机械手实验样机.在分析了关节关键器件的基础上,进行了水下机械手驱动方式的设计,最后进行了水密性实验.水下水密性实验结果证明了水下机械手本体结构设计的有效性和可行性,水下机械手本体结构的设计为研究水下机械手智能控制相关技术搭建了实验平台.     

三指水下作业机械手运动学分析

介绍了一种结构优化设计方法。该方法从仿生学的角度对三指水下作业机械手手指结构进行了优化设计，在此基础上分析建立了三指水下作业机械手单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵，并对抓持状态下各手指的运动姿态进行了仿真分析。通过具体实验验证了运动学模型的正确性，为进一步研究机械手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据。     

基于小脑模型关节控制器的水下机械手复合运动控制的研究及仿真

水下机械手系统是一个高度非线性强耦合的作业系统,作业环境非常复杂且受到强干扰.考虑水动力对水下机械手的作用,推导了水下机械手的动力学模型;提出了一种基于小脑模型关节控制器与PID的复合控制算法,使水下机械手具有在线学习能力,能适应复杂的水下作业环境.以二关节水下机械手为例,利用MATLAB/Simulink对水下机械手的作业控制进行了仿真研究,结果证明,该控制方法和动力学模型可以有效地用于水下机械手的控制研究.     

水下欠驱动机械手结构设计与仿真分析

面向水下机械手深海作业环境,研究设计了一种可用于水下环境的欠驱动机械手,机械手共有3个手指,每个手指有3个关节,是由连杆传动的欠驱动手指,欠驱动使手指抓取具有自适应性。分析了手指运动机理,研究设计了手指模块和整体结构,对手指进行了抓取静力学分析,在ADAMS软件中对机械手进行动力学仿真,验证了机械手结构的合理性与可行性。     

水下机械手控制系统研究

为了研究海洋环境下水下机械手智能控制相关技术,在研究室所研制的无人无缆自主式水下机器人用机械手的基础上,从控制系统硬件和软件两个方面进行了水下机械手控制系统设计;为了实现上位机和下位机之间的信号传输,制定了双向通信协议;最后进行了调试实验,其结果验证了所设计的水下机械手控制系统的正确性和可靠性.水下机械手控制系统的设计为水下机械手智能控制研究奠定了基础.     

轻量级电驱水下机械臂设计与运动学分析

设计了一款四功能水下机械臂，并对驱动关节进行了模块化设计和密封测试。为了保证水下机械臂的可靠性，在水下机械臂水下测试前，进行了强度校核和模态分析。为了验证水下机械臂的性能，通过 Ｄ- Ｈ法建立了其运动学模型，在此基础上分别进行了正、逆运动学分析。此外还采用蒙特卡洛法，在正运动学分析的基础上研究了工作空间特点。研究结果将为进一步的运动控制提供有益的帮助。     

基于构形平面的水下机械臂运动学求解方法

基于构形平面的运动学方法,推导出一种解决水下机械臂的运动学求解方法。首先研究了空间机械臂的常见空间关节形式,通过简化建立了统一形式的运动学表达形式。然后介绍了构形平面方法的基本原理和方法,并对构形中多角度连接模块进行了建模。对设计的水下机械臂进行简略介绍,建立其运动学模型,采用构形平面方法详细推导了水下机械臂的运动学求解过程,最后进行实例仿真,验证方法的有效性。     

供排气管对接机械手的机构研究与参数优化

根据水下救援作业中连接供排气管的需求,失事对象救生围壁的结构形式,遵循水下机械手机构选型原则,设计了一种专用的六功能气管对接水下机械手,并从机械手工作空间和轻量化要求两方面建立了机械手的数学模型,对其机构参数进行了优化设计.最后对优化结果进行了分析和工作空间的仿真.结果表明该机械手的设计能满足供排气管对接作业要求,达到了预期目的.     

Model Based Adaptive Control and Disturbance Compensation for Underwater Vehicles

Underwater vehicles are being emphasized as highly integrated and intelligent devices for a significant number of oceanic operations. However, their precise operation is usually hindered by disturbances from a tether or manipulator because their propellers are unable to realize a stable suspension. A dynamic multi-body model-based adaptive controller was designed to allow the controller of the vehicle to observe and compensate for disturbances from a tether or manipulator. Disturbances, including those from a tether or manipulator, are deduced for the observation of the controller. An analysis of a tether disturbance covers the conditions of the surface, the underwater area, and the vehicle end point. Interactions between the vehicle and manipulator are mainly composed of coupling forces and restoring moments.To verify the robustness of the controller, path-following experiments on a streamlined autonomous underwater vehicle experiencing various disturbances were conducted in Song Hua Lake in China. Furthermore,path-following experiments for a tethered open frame remote operated vehicle were verified for accurate cruising with a controller and an observer, and vehicle and manipulator coordinate motion control during the simulation and experiments verified the effectiveness of the controller and observer for underwater operation. This study provides instructions for the control of an underwater vehicle experiencing disturbances from a tether or manipulator.     

核电站多功能水下打捞机器人系统研究

在核电站中,存在辐照剂量高、结构环境复杂等问题,操作人员作业时不可避免地会受到核辐射照射,对操作人员生命安全带来极大威胁。针对上述问题,研制出作业于核环境下的核电站多功能水下打捞机器人。首先,对机器人进行运动学分析,分别求解出机械手的正逆运动学方程及奇异位形;在此基础上,考虑水阻力、附加质量力以及浮力的影响,建立了机器人的水动力学模型,对机器人复杂水下动力学问题进行描述;最后,根据理论分析研制出该机器人第3代工程样机,并通过核电站现场实验对该机器人进行实验验证。实验结果表明,核电站多功能水下打捞机器人能够快速准确的完成异物抓取作业,实现核环境下的水下异物搜索与异物打捞的设计目标。     

基于双目视觉的水下定位系统

通过改进传统水上双目立体视觉定位方法使其适于水下机器人(ROV)的机械手等的定位.为适应复杂水下透视环境,针对水下的液体环境设计摄像机密封结构,引入了高次畸变参数对摄像机进行标定,以得到相机水下内外参数,然后针对传统较为复杂的双目摄像机视线(射线)相交求取目标点的方法,提出了一种基于前向平行校正的简单定位算法,并进行试...     

基于ADAMS的水下机械手研究

开发研究智能型的多功能水下机械手是当今海洋科学的一个重要课题.文中设计一六自由度水下机械手,运用D-H方法建立运动学模型,并对其工作空间作了分析和ADAMS仿真,为其进一步研制提供技术基础.     

基于无人遥控潜水器的水下管道卡箍式连接件安装机具设计

为解决深水大口径油气管道卡箍式连接件安装不便的问题,设计了基于无人遥控潜水器的水下管道卡箍式连接件安装机具,主要包括连接件库、机械手、液压力矩扳手和控制系统等。设计的机械手既能满足抓取的唯一性,又能保证连接件不会滑落。根据力学特性对机械臂闭合液压缸的运动情况进行了分析,得出了重心位置会对连接件的运动速度造成影响的结论。连接件库的设计使得装置减少了升降频率,减少工作循环时间。安装机具在无人遥控潜水器的配合下进行作业,可以实现大口径油气管道卡箍式连接件的快速安装。最后结合制作的实物模型对连接件的安装作业流程进行了说明。