水下机器人行走机构的设计及性能分析

摘要

海洋占地球表面积的71％，在海底及海洋中，蕴藏着极其丰富的生物资源及矿产资源。人类今天正面临着人口、资源和环境三大难题，随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高，深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标。人类已把海洋作为生存和发展的新领域，海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一，从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景。水下机器人设计是一项综合性的复杂工程,技术密集度高,是公认的高科技,它的研制水平体现了一个国家的综合技术力量。
　　目前用于水下及陆上复杂路面的机器人按行走机构分为轮式机器人、履带式移动机器人、步行机器人、以及三者组合型机器人，还有鱼形机器人和爬行机器人等，各有优缺点，本课题将结合对上述机器人的研究，取长补短，设计一种可在水底自如行走并有较强越障和稳定性能的机器人。
　　海底覆盖着很厚的淤泥及沉积物，与一般土壤特性不同，要设计水下机器人，研究海底地形地貌以及土壤的物理力学性质十分必要，在此基础上，才能提出水下机器人的设计要求及构思具体的设计方案。
　　在了解了海底地形地貌以及水下机器人的国内外研究现状后，根据设计要求确定初步的设计方案，绘出CAD及三维图，并将此方案导入Adams中进行建模仿真及对仿真测量结果进行分析。
　　结合Adams测量结果对行走机构进行的性能分析主要有：
　　①越障性能：即机器人越过障碍如台阶、斜坡的能力；首先，计算理论越障高度，其次，利用Adams，模拟实际情况下机构的越障高度及越障稳定性（包括质心速度、上下坡及台阶时接触力造成的跑偏及上下坡引起的振动冲击等）
　　②稳定性能：即机器人行驶时的稳定性，包括上下坡时车体的极限倾覆状态，和平地行走时的质心的颠簸程度等。

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Contents

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 本课题的国内外研究现状

1.3 主要研究内容及关键技术

1.4 小结

2 水下机器人行走机构设计

2.1 海底环境特征分析和机器人性能参数的确定

2.2 海底机器人行走机构设计

2.3 海底机器人履带足的设计计算

2.4 总装车体

2.5 小结

3 水下机器人的ADAMS建模及仿真

3.1 关于ADAMS软件的介绍

3.2 针对水下机器人的建模及仿真

3.3 小结

4 水下机器人性能分析

4.1 上下斜坡的稳定性分析

4.2 越障特性分析

4.3 小结

5 结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况