深海水下作业型机械手控制系统研究

摘要

论文研究了深海水下作业型机械手的压力适应型电控系统和以机械手位置闭环控制为核心的计算机控制软件。针对目前国内外深海水下机械手控制系统中某些重要元件不抗压，需要用耐压壳体密封，而导致系统可靠性降低，电路板复杂程度增加的问题，提出了水下电控系统的充油与抗压技术，采用水下控制电路全部充油与外压平衡，空腔原件开孔通油的方法，研究开发适合大深度水下作业的压力适应型水下机械手电控系统；针对目前抗压型水下控制电路的集成度低，导致电路腔和机械手整体系统的尺寸与重量偏大的问题，对各功能电路板进行小型化设计，并采用信号分配底板来实现水下控制电路各功能板之间的电气连接，节省空间，减小体积，工作可靠；针对目前商业化的抗压型传感器产品，尺寸大，成本高等问题，对常规位置传感器进行压力适应改造，使其具备抗压性：针对目前主从控制系统未能实现闭环控制导致机械手关节位置定位困难、重复操作过多等不足，论文研究开发了作业机械手关节位置闭环的计算机控制软件，提高了控制精度，避免了手柄的重复操纵和调整。 论文通过系统联调和现场实验对提出的深海水下作业机械手控制系统设计方案进行了检验，实验结果表明：论文给出的压力适应型电控系统能够满足大深度水下作业要求，控制软件能够达到对于深海作业机械手进行准确控制的闭环控制要求，控制精度在允许的控制范围内，误差比较合理，使作业控制更加有效和准确。 论文总共分为六章： 第一章介绍了论文的研究背景，以及国内外深海水下作业机械手控制系统中，电控设备的压力适应技术及机械手位置控制技术方面的研究现状，分析了目前该项技术中存在的不足，并由此引出了论文的研究目的和内容，阐述了论文研究的意义。 第二章通过对水下作业机械手控制系统的特点进行分析，提出了论文研究的关键技术，建立了以计算机为核心的多处理器控制结构，分析了水上、水下电控系统硬件和软件设计方案。 第三章以压力适应型深海水下电控系统为重点研究对象，提出了水下控制电路的充油与抗压技术及常规位置传感器的压力适应改造技术，深入分析了整个电控系统的开发过程。 第四章重点研究水下机械手的闭环位置控制策略，在对系统模型进行分析的基础上，采用PID控制算法实现机械手位置的准确控制，并给出控制软件各功能模块的设计方法。 第五章介绍了深海水下作业机械手控制系统的联合调试过程与实验研究，给出了实验方法、过程和结果分析。 第六章在总结论文研究成果的基础上对论文的发展前景进行了展望分析。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章深海水下作业型机械手控制系统研究

第三章压力适应型深海水下作业机械手电控系统研究

第四章深海水下作业型机械手计算机控制软件研究

第五章机械手控制系统调试与实验

第六章论文总结和展望

参考文献

附 录

致谢