海水液压技术在深海装备中的应用

海水液压技术由于其与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。介绍海水液压技术的优点及国内外研究简况。分析液压元件与系统采用海水直接作为工作介质所面临的关键技术问题,同时分析深海环境对元件的性能产生影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响、海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新原理、新材料、新结构、新工艺等方面分析相应的解决措施。介绍几个海水液压技术在深海装备中应用的实例:①潜水器浮力微调采用海水液压浮力调节系统,替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单,性能可靠等优点,是目前大深度潜器普遍采用的形式;②海水液压驱动水下作业机械手,是今后水下作业机械手驱动方式发展的新方向;③海水液压水下作业工具,直接以海水作为工作介质,同油压工具相比,具有系统组成简单、压力损失小、效率高、维护方便等优点。     

深海5功能水下电动机械手设计及误差分析

面向深海中小作业型水下机器人应用需求,针对水下液压机械手支持系统庞大复杂、关节直接驱动式水下电动机械手负载能力小等特点,研究设计了深海中等负载5功能电动机械手。该机械手前三个关节采用相同的电动直线缸模块进行驱动,均能实现120°范围的摆动。电动直线缸模块内部设有直线电位计进行位置反馈,以便该机械手与水下机器人组成的系统具备自主作业能力,腕转夹钳模块集成了腕转和夹钳两个功能。利用D-H法对机械手进行了运动学分析,为后续自主作业研究奠定了理论基础。通过矩阵微分法对机械手末端位置误差进行了分析,误差小于1.7mm。     

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.     

水下作业装备—水液压驱动技术的应用研究

水液压驱动技术是一种以纯水作为工作介质来实现能量传递及控制的传动方式,具有环境相容性好、刚性大、控制精度高、响应速度快、功率密度高等优点,在海洋资源开发与利用等方面有着广泛的应用。介绍水液压技术优缺点,阐述了水液压驱动的水下作业装备的组成及工作原理,详细分析了研究内容,为研发高性能的水下作业装备指明方向。     

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。     

模块化水下电动机械手设计与运动学分析

为了满足水下作业的多样性需求并提高水下机械手的通用性,对水下电动机械手进行模块化设计,机械手模块分为具有俯仰和腕转两个自由度的基本运动驱动模块和手爪模块,手爪模块采用旋转驱动凸轮机构实现。机械手模块设计实现了控制器内置和内部走线,并且选择适用于深海作业的元器件,不同模块的快速组合可以满足不同的作业需求。利用三个基本运动驱动模块和一个手爪模块搭建了七功能电动机械手,对七功能机械手进行了运动空间分析及运动学仿真。     

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。     

海水液压动力驱动的水下作业工具系统

对几种水下作业工具动力驱动方式的特点进行了分析比较，阐述了海水液压作业工具系统的优越性。介绍了海水液压作业工具系统的组成和工作原理。通过基础试验、理论分析及仿真研究，研制了额定工作压力为10MPa(最高工作压力为14MPa)的海水泵、海水液压马达、海水压力阀、海水流量阀等海水液压元件及水下作业工具系统，试验证明达到了设计要求。     

水下微小型机械手控制系统研究

水下机械手是机器人在水下执行作业时的重要工具,因此研制便于控制、稳定性、可靠性高的水下机械手对于完成水下作业任务具有重要意义。首先在分析抓取任务及水下环境信息的获取的基础上,研究了水下机械手的总体结构并设计了系统的硬件结构和软件组成,接着提出了一种新型水下机械手的速度伺服PID控制方案。测试结果表明,该机械手工作稳定,精度、灵敏度高,能满足水下作业的要求。     

水下对接机械手液压系统的设计

对接机械手是水下对接装置的主要部件，它是一个典型的机、电、液一体化的设备，本文对机械手机构的液压驱动系统进行了性能分析。并介绍了液压系统的辅助装置的设计。     

水下机器人-机械手系统的动力学分析

随着我国海洋开发事业的发展,水下机器人操作手在水下勘探、水下采矿、海洋石油工程等领域发挥着越来越重要的作用。本文提出了一种运用指数积公式和凯恩方程对水下机器人机械手系统进行了动力学建模的新方法。采用该方法可以在同一个坐标体系中描叙系统的运动学,而且在建立动力学模型中可以避免大量的求导运算,并可以得到最少数目的微分方程。模型中考虑了海水的拖曳阻力、机器人与机械手之间的相互作用、推进器推力等因素。研究表明指数积-凯恩方法是一种建立水下机器人-机械手的一种有效方法。     

深海液压技术应用与研究进展

液压传动（包括油液压和水液压）具有刚性好、结构紧凑、承载能力高、功率重量比大、响应速度快等突出优点,在深海高压环境下压力补偿相对容易;同时,液压传动的失效模式为渐进式（如压力、流量逐渐下降等）,给设备操作人员提供预警时间,可有效避免突发式的故障,提高设备的安全性,因此,液压技术在深海装备上得到了广泛的应用。在分析液压技术在深海装备中应用的优点的基础上,概述其国内外研究现状,介绍深海液压技术的几个典型应用：①潜水器浮力调节系统;②水下作业工具;③水下作业机械手。最后,对深海液压技术存在的问题进行了分析和展望,指出深海环境下介质特性变化和结构形变是需要关注的两个重要问题;随着元器件不断丰富和成熟,海水液压技术会在深海装备中发挥更大的作用。     

模块化双作用水压人工肌肉关节设计

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节.通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷.采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动....     

新型6—PSS微操作机器人的静力分析基础研究

微操作机器人的静力分析对其结构设计和驱动的选择有重要意义。介绍了一种新型并联微操作机器人的结构布局特点,基于出的办输入输出关系矩阵的奇异分解,以其静力和力矩传递性能及其与结构几何参数的进行了分析。结果表明,该微操作机器人的静力和力矩传递性能可以分别用两个圆球直观表征,所以该微操作机器人的静力和力矩传递性能是各向同性的。     

流干扰下的水下机械手动力学建模分析

研究了四功能深海电驱动机械手所受的水动力。以Morison公式为计算基础,利用拉格朗日方法,建立了流干扰下的水下机械手动力学模型。仿真研究了水阻力、浮力、定常流以及非定常流对水下机械手动力学的影响。结果表明,在各水动力影响因素中,浮力影响最大,流干扰次之,而水下机械手运动搅水引起的水动力甚微。     

水下大臂展机械手动力学建模与仿真分析

面向水下环境大范围精细作业需求,对水下大臂展机械手系统进行动力学建模和关节驱动力矩求解分析.首先,基于D-H理论对水下大臂展机械手进行正、逆运动学分析,求解各连杆速度与加速度;然后,构建水下大臂展机械手的动力学模型,使用莫里森公式和D-H理论完善动力学模型中的水动力项,采用拉格朗日法求解整机的净浮力、惯性力、离心力、科...     

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。     

一种水下机器人用多轴力传感器的结构设计

水下机器人用多轴力传感器的设计必须首先解决水压力平衡的问题。通过对几种典型的机器人用多轴力传感器结构在水压作用下的应力、应变进行分析，得到这几种结构的特点和适用条件：实心的柱体可以承受深水压力，但由于海水的腐蚀作用，开放式柱体不适合作为弹性体；充油或充气的刚性封闭的薄壁结构不能承受深水压力；带补偿膜的薄壁圆筒结构只能承受浅水压力的作用；用软外囊封包的结构可以承
受深水压力，实现足够大的体积变化而不致被破坏，但存在容易破损以及形状、质心不定的缺陷。提出一种水下机器人用多轴力传感器自适应结构的设计构思，这种结构兼有开放式和封闭式结构的优点。按照这种设计构思已试制出原型样机