船体表面水下清刷机器人关键技术研究

摘要

船体表面水下清刷机器人是一种可在水下移动、具有视觉或其他感知系统、通过遥控或自主操作方式,使用机械手或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置.本文研制的水下船体表面清刷机器人是水下移动机器人的一种类型,具有广阔的应用前景.论文首先介绍了水下清刷作业和壁面移动机器人的国内外发展现状和应用情况,提出了基于液压传动、计算机控制技术的推力吸附式、轮式驱动的船体表面水下清刷机器人本体结构方案.论文建立了船体表面水下清刷机器人在船体表面处于静止和运动状态下的力学模型,进行了相关的力学分析.论文建立了水下清刷机器人定位和姿态确定数学模型,对机器人在水上和水下工作的不同方式的定位模型进行了分析计算.提出了机器人水下轨迹定位法,水上环境采用超声定位法,不同的环境采用不同定位方式的思想.论文分析了机器人在工作中的对液压系统的工作要求,对不同的工作要求的子系统选择不同的液压马达和设计了不同的液压回路.提出了机器人液压传动上,采用容积调速回路,提高了系统效率.论文研究和设计了船体表面水下清刷机器人的基于单片机和微机的两级控制系统,设计了控制系统的硬件电路部分.船体表面水下清刷机器人的研制为替代人力、提高劳动生产率、提高清刷机械化程度开辟了一个新的领域.

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1课题的来源、目的和意义

1.2海洋污损生物的发展和演替过程

1.3壁面移动机器人的分类和特点

1.4壁面移动机器人的国内外发展概况

1.4.1推力吸附壁面移动机器人的国内外发展概况

1.4.2轮式移动机器人的国内外发展概况

1.5控制策略在机器人控制中的应用

1.6本文的研究内容及主要工作

第2章清刷机器人本体研制

2.1引言

2.2清刷机器人工作原理

2.3清刷机器人本体结构设计

2.3.1吸附机构

2.3.2驱动机构

2.3.3清刷机器人的本体结构

2.3.4清刷机构

2.4驱动转向控制设计

2.5本章小结

第3章.清刷机器人力学模型的建立

3.1机器人静止时系统力学模型的建立

3.1.1清刷机器人有倾覆趋势时的受力情况

3.1.2清刷机器人沿船体表面下滑时的受力情况

3.1.3清刷机器人沿船体表面下滚时的受力情况

3.2机器人直线行走时系统力学模型的建立

3.2.1机器人沿船体表面从上向下运动力学模型的建立

3.2.2机器人沿船体表面从下向上运动力学模型的建立

3.2.3机器人从下向上运动到顶部转弯运动力学模型的建立

3.3船舶在微幅波浪扰动力作用下的运动对机器人的影响

3.4本章小结

第4章机器人定位方式的研究

4.1定位的原理的和数学模型

4.1.1机器人位置检测

4.1.2三维定位数学模型与定向原理

4.2机器人的姿态三维定位数学模型

4.3机器人水下位置确定

4.3.1机器人直线行走的位置确定

4.3.2机器人转弯行走的位置确定

4.4本章小结

第5章水下清刷机器人控制系统设计

5.1引言

5.2控制系统总体结构

5.3硬件电路的设计

5.3.1 A/D转换电路

5.3.2 D/A转换电路

5.3.3上下位机通讯电路

5.4软件设计

5.4.1下位机软件设计

5.4.2上位机软件设计

5.5本章小结

第6章水下清刷机器人液压系统的设计

6.1引言

6.2液压系统的组成及其作用

6.3液压系统的设计分析

6.3.1油路压力、液压马达和液压泵的选择

6.3.2液压系统的过滤精度选择

6.3.3液压油箱和泵油回路的设计

6.3.4液压油的选择

6.3.5推力吸附的液压子系统的设计

6.3.6转向驱动液压子系统设计

6.3.7行走驱动液压子系统设计

6.3.8清刷作业的液压子系统的设计

6.4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