水下机器人行走机构的设计及性能分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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