模拟深海环境下液压作业机械手控制系统研究与实现

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论

2、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着人类社会的发展，陆上资源逐渐消耗殆尽。在此情况下，迫切需要加快对海洋资源的开发和利用。而海洋资源开发技术与装备是海洋资源勘探和开发必不可少的工具。开发应用于深海模拟环境中的作业机械手系统能为深海模拟环境提供良好的作业手段及作业工况模拟

3、，也能促进我国在深海作业机械手系统技术领域开发能力的提高。本文分析了模拟深海环境作业机械手整体方案。分别对模拟深海环境的高压舱、机械手本体结构、机械手作业要求进行了研究。在此基础上，分析了机械手系统控制功能需求，制定了控制系统的原理和框架结构。根据机械手系统工作环境、功能需求和驱动方式，获取了相应技术参数，为控制系统的搭建做准备。论述了控制系统通信终端的通信方式和详细设计过程。对比分析了下位机PLC各种通信方式，选定通信方式和硬件组成。利用UDP通信建立了上位机和下位机PLC之间的网络通信，实现上位机对执

4、行器的指令发送和下位机将传感器数据的上传。利用模拟量采集模块将4个安装在液压缸内的位移传感器的信号采集到PLC中，并实现数据处理与转换。分析了串行通信中的Modbus数据通信格式，利用Modbus数据通信采集了监控液压站的温度压力的变送器数据。最后利用上位机串口通信功能完成了工业控制手柄与上位机的通信连接，实现了工业手柄对机械手的直接控制。在VC++开发环境下，以MFC为基础利用C++开发设计了控制系统的通信程序和人机交互接口。用户能在远程工控机利用三维显示数据显示功能和控制输出功能对机械手运行姿态进行远

5、程监测和控制。软件开发过程中，利用OpenGL图形接口将三维模型导入到VC中，并利用PLC上传的数据，实现了对三维模型的实时驱动。在机械手运动学基础上进行了直线轨迹规划分析研究。并对一段400mm竖直直线轨迹分别用类PWM循环启停法、自动跟踪法和路经点控制法三种方法进行实验。结果表明机械手在前两种方法下不稳定，在路经点控制法控制下，基本I华中科技大学硕士学位论文能实现机械手连贯运行，但仍然有个别点有短暂停滞现象。此外，还对机械手系统进行了分步调试和功能测试，对机械手负重能力、机械手手爪握力和扭矩的测试，对

6、液压系统进行了压力测试，整体系统水下试验等。中间调试和最终水下试验结果表明，所设计系统能稳定有效满足机械手水下作业功能需求。关键词：模拟深海环境水下机械手控制系统水下作业系统II华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofhumansociety,landresourcesbecomelessandless.Inthiscase,thedevelopmentandutilizationofmarineresourceshasbeenurgentneeds.Equipme

7、ntofdevelopmentofmarineresourcesisindispensabletoolsforexplorationandexploitationofmarineresources.Developmentofmanipulatorsystemworkingindeep-seasimulationenvironmentcanprovidegoodoperationmeansandsimulationconditioninsimulatedeep-seaenvironment,andalsoc

8、anpromotenational'sdevelopmentcapabilityindeep-seamanipulatorsystemtechnology.Inthepaper,overallschemeofthedeep-seamanipulatorsystemwasanalyzed.Highpressurechamberwhichisusedtosimulatedeep-seaenvironment,themanipula