ROV水下作业培训系统七功能机械手臂的设计与仿真

摘要

目前ROV（水下机器人）在海洋研究与开发中的应用愈来愈广泛。但是因海洋环境复杂，导致操作ROV作业难度极高，对ROV操控人员的培训也非常困难。
　　本研究中所涉及的“ROV水下作业培训系统”使得在陆地上对作业人员进行岗位培训成为可能。作业人员通过“ROV水下作业培训系统”，认识和感知ROV水下操作的要求和作业流程，学习操作规程；最终提高作业效率和作业安全性。7功能机械手是“ROV水下作业培训系统”的重要组成部分，作业人员通过对ROV模拟培训系统机械手的操作，完成ROV机械手的操作培训，预演ROV机械手在海底作业的操作。
　　本研究围绕“ROV水下作业培训系统”中七功能机械手（6R+1，串联机器人，1为手爪开合自由度）的设计展开研究。
　　应用Auto-cad、Solidworks等机械设计软件完成了，七功能机械手臂，机械结构,传动方式的设计。通过Ansys有限元分析软件的拓扑优化完成了对机械手臂，主要部件的轻量化设计；并利用有限元软件校核了7功能机械手臂关键零件的刚、强度，验证了设计的合理性。完成了相关电机的选型设计计算。
　　应用D-H方法建立了机械手臂连杆坐标系，得到机械手臂末端执行器相对于固定基座的转换矩阵，求得6自由度机械手臂的运动学正解；通过数值迭代法进行了机械手臂运动学机械手臂运动学逆解的求解。
　　采用Matlab对关节机器人工作空间进行了仿真，运用Matlab机器人工具箱，建立了机械手臂的仿真模型，求得机器人运动学正解以及逆解。分析、验证了机械手臂运动学方程，判断了运动学方程的正确性。
　　结合本文中所推导的机械手臂运动学方程,采用基于蒙特卡洛法的七功能机械手臂工作空间求取方法，结合Matlab软件仿真,求得7功能机械手臂的工作空间。

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第一章 课题来源、研究目的和意义

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 ROV 概述

1.4 ROV 水下作业培训系统国内外研究现状

1.5 课题研究的主要内容、方法及创新之处

第二章 七功能机械手臂的机械结构设计

2.1 本设计的研究内容

2.2 七功能机械手臂的设计方案与分析

2.3 七功能机械手臂末端执行器机械手爪的设计与计算

2.4 机械手臂腕部的设计与计算

2.5 小臂的设计与计算

2.6 大臂与支座的设计与计算

2.7 本章小结

第三章 七功能机械手臂运动学分析

3.1 引言

3.2 空间运动学的基本理论

3.3 七功能机械手臂运动学模型

3.4 七功能机械手运动学求解

3.5 七功能机械手逆运动学求解

3.6 本章小结

第四章 七功能机械手臂基于Matlab运动学仿真与工作空间的求解

4.1 MATLAB环境下七功能机械手臂运动学模型的建立

4.2 基于MATLAB的七功能机械手工作空间的求解

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 不足与展望

参考文献

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