水下六足机器人移动系统力学建模及仿真研究.pdf

《水下六足机器人移动系统力学建模及仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文水下六足机器人移动系统力学建模及仿真研究（学术型）MECHANICALMODELINGANDSIMULATIONOFMOBILESYSTEMFORUNDERWATERHEXAPODROBOT汪昆鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文水下六足机器人移动系统力学建模及仿真研究硕士研究生：汪昆鹏导师：丁亮教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242U.D.

2、C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMECHANICALMODELINGANDSIMULATIONOFMOBILESYSTEMFORUNDERWATERHEXAPODROBOTCandidate：WangKunpengSupervisor：Prof.DingLiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticsandAstronauticsManufacturingEngineeringAffiliation：Sc

3、hoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着人类对海洋探索的不断深入，水下探测装备在海洋环境中的运动能力成为制约深海探测与作业发展的关键技术之一。传统的水下探测装备的推进器会对周围的海洋环境产生扰动，影响观测视野，当潜水器在海底遇到严重水流时无法正常工作，不能定点作业，水下足式机器人可以有效的解决上述传统装备的问题。本文结合当前水下装备和陆地足式机器人

4、的研究，初步设计一种海底探测足式机器人，并对其在海底运动时受到的水动力影响进行了较详细的分析。本文针对水下运动环境，分析传统的水下遥控机器人和陆地上的六足机器人特点，确定水下六足机器人的基本技术指标，根据水下运动的特殊环境设计机器人移动系统构型，确定水下六足机器人的整体方案，包括腿部关节结构形式，机体和腿部尺寸，质量分配等。根据六足机器人移动系统构型，分析腿部关节坐标系向末端足部坐标系传递的正运动学模型以及末端坐标系向关节坐标系传递的逆运动学模型。分析关节坐标系与末端坐标系之间的速度、加速度关系。建立包括拖曳水阻力和惯性水阻力的腿部动力学模型，得到腿部关节力矩

5、计算的解析表达式，给出腿部动力学一般表达式，并建立了机体的运动学模型。详细分析腿部动力学中的水动力项，建立了腿部水动力模型和机体水动力模型的积分公式，并给出了积分公式的积分方法。考虑海底海泥的特性，基于地面力学以及足部的形状，建立了足端与海泥的接触力模型。规划了单腿一个运动周期的运动参数，利用解析公式计算了不同水流速度和不同水流方向下腿部关节在一个运动周期内受到的水动力的影响，并将结果与CFD仿真软件的结果进行了比对，证明了模型的有效性。基于Vortex仿真软件，建立了六足机器人的仿真模型，结合水动力和足地接触力学模型，开发了水下六足机器人仿真环境，并分析在平

6、地直行和爬坡两种情况下，不同水流大小和不同水流方向下机器人关节受力、前进速度和机体受力，为水下六足机器人设计提供参考。关键词：水下机器人；六足机器人；动力学模型；水动力；仿真I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofhumanexplorationoftheocean,themovementabilityofunderwaterdetectionequipmentinthemarinehasbecomeoneofthekeytechnologiesthatrestrictthedevelopmentofdeepse

7、aexplorationandwork.Thepropellerofthetraditionalunderwaterequipmentwilldisturbthesurroundingenvironmentandinflu-encetheobservationfield.Theequipmentcouldnotworknormallyandfixed-pointoperationwhenitmeetsthesubseacurrent,buttheunderwaterleggedrobotcaneffec-tivelysolvetheproblem.Inthis

8、paper,basedontheres