UPR-UPU-UR矢量推进机构的推进性能研究

摘要

为了实现水下机器人的推进装置具备空间姿态调整和大转矩的动力传递功能,本文提出了UPR-UPU-UR矢量推进机构.首先,运用螺旋理论计算了矢量推进机构的自由度,基于解析法构建了矢量推进机构的位置模型.其次,推导出了矢量推进机构的输出矢量和输入矢量之间的关系,并采用粒子群优化算法对矢量推进机构进行了位置正解计算.然后,基于矩阵分析法从速度雅克比矩阵和机构特征性角度研究了机构奇异性,计算了矢量推进机构动平台的工作空间.最后,搭建了UPR-UPU-UR矢量推进机构的实验平台,并进行了试验研究.数值仿真和实验结果表明:粒子群优化算例在绝对误差小于0.001°下可获得机构动平台的精确位姿,机构的矢量推进性能实验值与理论值存在的最大误差为5％,这证实了该机构具有良好的运动特性和推进性能.矢量推进机构是通过改变两条支链长度来调整螺旋桨的推力方向,使机器人可以具备偏航、俯仰、横滚等多种运动模式,有助于其实现复杂的水下运动.