论文部分内容阅读
水下矢量推进技术作为一种新兴的技术,可以实现单个机构多种姿态的水下动力推进,简化水下机器人的结构,矢量推进并联机构具有刚度大,承载力大,可靠性高的特点,近年来得到越来越多的关注。水下矢量推进技术成为水下机器人研究的热点和前沿技术,具有重要的应用前景和应用价值。本文以矢量推进球面并联机构为研究对象进行分析,主要研究了以下内容:建立了 2-RPc&2RPcU矢量推进球面并联机构的坐标系,运用坐标系变换的方法得出了二自由度矢量推进球面并联机构的位置正反解,在位置正逆解的基础上运用运动螺旋的方法求得了机构的速度正逆解。建立了 2-RPc&2RPcU矢量推进球面并联机构的三种性能评价指标,借助于所求得的机构位置正反解模型,考虑机构运动副的转角和支链摆动约束范围,运用Matlab求出了机构的运动空间;基于机构的雅克比矩阵建立了机构的灵巧性能评价指标,在设计空间内仿真做出了相应的性能图谱,并且建立了机构的传统刚度评价指标,仿真做出了机构的整体刚度性能图谱和三个不同方向刚度性能图谱。综合三种性能评价指标,建立了机构的多目标优化模型,在多条件约束下,进行了基于遗传算法的多目标优化,得出了相关参数的最优值,并仿真出优化前后的性能指标图谱进行对比。借助于有限元仿真软件Ansys Workbench,对2-RPc&2RPcU矢量推进球面并联机构进行了三种特殊姿态下的静力学分析,得出机构三种不同姿态下的总体变形分析和受力情况,以及三个方向上的最大受力点和变形情况;对机构进行了六阶模态分析,得到了机构的各阶振动频率。将该2-RPc&2RPCU矢量推进球面并联机构搭载到课题组设计好的水下机器人主体上,构建了水下机器人整机平台,并进行了水池各姿态变换试验,进行了湖面定向航行、回转试验和预定线路操纵试验,试验发现水下机器人具有良好的灵活性和稳定性。