七功能水下机械手运动学及虚拟样机运动仿真的研究

摘要

随着海洋资源开发向更深海域的进行，水下机器人的作业功能越来越受到世界各国的重视。作为一种通用作业工具的水下机械手一直是作业型水下机器人的首选配置，本文结合课题要求对七功能水下机械手的相关技术进行研究。 论文首先介绍了水下机器人的国内外发展概况，并着重阐述了国内外水下机械手的研究和发展情况。 论文根据课题任务要求，确定七功能水下机械手的各项基本技术指标，为水下机械手系统的设计提供依据；在此基础上，通过分析比较，提出机器人的六自由度关节总体结构型式，采用液压驱动方式的总体方案。 建立七功能水下机械手的运动学模型，对其运动学正解、雅可比矩阵进行求解，采用代数逆解方法求得其逆解，并引入最佳柔顺性准则对求得的逆解进行优化。在MATLAB环境下运用蒙特卡洛法对七功能水下机械手的工作空间进行仿真，并对工作空间进行分析研究。 运用微分法对七功能水下机械手进行误差分析，推导机械手的误差分析和误差综合的具体的计算公式。利用得到的误差计算公式，通过实例分析各关节误差对终端误差的影响程度。分析七功能水下机械手的误差来源，并对传感器和加工制造误差引起的机械手末端位置误差进行仿真分析，结果表明设计的机械手的误差满足其定位精度要求。 在Pro/ENGINEER环境下建立七功能水下机械手的虚拟样机，并对虚拟样机进行运动学分析，获得机械手的工作空间。应用虚拟样机进行动态干涉分析，经过装配干涉检查，七功能水下机械手的装配模型无零件之间的干涉。为后续设计打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2水下机器人国内外发展现状

1.2.1国外发展现状

1.2.2国内发展现状

1.3水下机械手的国内外发展现状

1.3.1国外发展现状

1.3.2国内发展现状

1.4课题的来源及研究意义

第2章七功能水下机械手系统总体设计

2.1引言

2.2七功能水下机械手系统的技术要求

2.2.1机械手设计方案

2.2.2机械手的工作空间

2.2.3机械手的负载能力和速度要求

2.2.4机械手的精度要求

2.3七功能水下机械手的控制系统

2.4七功能水下机械手的结构型式

2.5七功能水下机械手驱动方式和传感器的选择

2.6本章小结

第3章七功能水下机械手运动学分析

3.1引言

3.2连杆变换和运动学方程的建立

3.2.1连杆变换的推导

3.2.2运动方程的建立

3.3七功能水下机械手运动学方程的建立

3.3.1坐标系的建立

3.3.2运动学方程的建立

3.3.3速度分析

3.4七功能水下机械手运动学逆解

3.4.1运动学逆解的一般性问题

3.4.2逆运动学方程的推导和求解

3.5七功能水下机械手逆运动学方程解的优化

3.5.1逆运动学方程解的优化方法

3.5.2七功能水下机械手逆解算例

3.6本章小结

第4章七功能水下机械手工作空间分析

4.1引言

4.2七功能水下机械手工作空间的描述

4.3七功能水下机械手工作空间求解

4.3.1机械手工作空间求解方法

4.3.2机械手工作空间的几何法求解

4.3.3机械手工作空间的蒙特卡洛法求解

4.4七功能水下机械手的工作空间分析

4.5本章小结

第5章七功能水下机械手的误差分析

5.1引言

5.2基于微分法的误差分析方法介绍

5.2.1误差产生的原因

5.2.2误差分析方法介绍

5.2.3误差分析的微分法

5.3七功能水下机械手的误差分析

5.3.1机械手误差公式的推导

5.3.2机械手的误差来源

5.3.3机械手的误差逆解

5.3.4机械手的各关节误差对终端的影响

5.4七功能水下机械手误差仿真

5.4.1机械手传感器引起的位置误差

5.4.2机械结构加工误差引起的位置误差

5.4.3机械手综合位置误差分析

5.5本章小结

第6章七功能水下机械手虚拟样机运动仿真

6.1引言

6.2七功能水下机械手零件建模

6.2.1模型结构分析

6.2.2造型手段

6.2.3合理添加关系式

6.2.4建立零件模型

6.3七功能水下机械手的虚拟装配

6.3.1确定装配层次

6.3.2确定装配顺序

6.3.3确定装配约束

6.4虚拟样机运动仿真

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历