深海采矿装置多维运动补偿器的结构设计

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随着经济的发展,陆地资源逐渐枯竭。海洋含有丰富的自然资源,于是世界各国将经济发展的战略眼光聚集到海洋上。开发海洋是人类开辟新发展空间和生存资源的必经之路。 开采海洋中重要矿产资源的浮动型钻井装置和采油平台及锰结核的采矿船等采矿作业平台都属于浮式海上结构物,受海洋的浪、潮、流、风等的影响,作业平台将产生纵移、横移、升沉、横摇、纵摇、平摇六个自由度的运动。采矿作业平台的运动,必然会影响到采矿作业平台支持的深海采矿装置的工作,影响到采矿作业的正常进行。因此,有必要采用相应的装置来消除作业平台的横移等六个自由度的运动对深海采矿装置的影响,保证深海作业的正常运行。 于是,本文作者及其课题组成员提出了一种能够同时对深海采矿装置的横移、纵移、升沉、横摇、纵摇和平摇进行补偿的装置--多维运动补偿器。 本研究得到广东省自然科学基金项目“深海采矿装置多维运动补偿器的关键技术研究”的资助,为其一子课题。本子课题的主要研究内容为:根据已有的关于并联机器人方面的理论知识,按照补偿器的要求,理论上设计出补偿器的结构参数。为以后的模拟平台的搭建、控制、工作空间的分析、补偿性能的研究等基础。 本文作者根据多维运动补偿器的结构特点,采用Solidworks与matlab软件进行建模、仿真分析。在分析的过程中,主要是先把公式编写成M函数,再利用matlab和simulink联合仿真。在对多维运动补偿器进行动力学分析时,提出了运用Solidworks计算出各个部件的质量特性,然后运用matlab和simulink进行联合仿真的方法,这方法提高了仿真的精确性。 本文作者先对多维运动补偿器进行运动学分析,求取一组比较合适的结构尺寸;再采用近似的公式对其进行力学分析,得出各个驱动油缸受力的大小,然后确定出各个液压缸的结构尺寸;最后对已经确定的补偿器进行工作空间和动力学的分析,证明所设计出的补偿器结构尺寸满足要求。 本文所设计出的多维运动补偿器,是把Stewart平台应用于深海采矿中应用研究。本文通过仿真,理论上设计出了多维运动补偿器,对以后各项工作提供一定的指导作用,但是没有对其进行优化。以后还要对其进行优化,并在实际中多次检验、修改,以设计出符合实际中需求的多维运动补偿器。
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