水下爬壁机器人结构设计与运动稳定性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文水下爬壁机器人结构设计与运动稳定性研究硕士研究生：庄博指导教师：陈东良副教授学科、专业：机械工程论文主审人：王立权教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文水下爬壁机器人结构设计与运动稳定性研究硕士研究生：庄博指导教师：陈东良副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissert

2、ationfortheDegreeofM.ArtsUnderwaterClimbingRobotDesignAndStudyOfSportCapabilityCandidate:ZhuangBoSupervisor:ChenDongLiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicEngineeringDateofSubmission:January,2018DateofOralExamination:March,201

3、8University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，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。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护

4、知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编

5、等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日水下爬壁机器人结构设计与运动稳定性研究摘要水下有缆机器人被广泛使用在在巡防河流防洪水坝、在安装大型深海设备前期的调试、近浅海中进行资源勘探、深海破损石油管线替换等方面。多数水下设备属于大型设备，在使用年限达到设计使用时间后需要定期进行简单的维护，本课题中的水下爬壁机器人为满足这类需求而研发。本课题设计了一种具有浮游模式和爬壁模式两种工作模式的小型水下爬壁机器人，其设计方向为小型化、便携式。水下爬壁机器人因其重量轻、体积小，更适合在水流流速较低的水下环境，由于浅

6、水更容易受到水面波动的影响所以对水下爬壁机器人的作业水深提出要求。在进行水下爬壁机器人设计时，为了装配方便对推进器、控制舱部分进行模块化设计。对水下爬壁机器人的爬壁能力和越障能力进行分析，利用试验和仿真软件对水下爬壁机器人进行测试。本文主要研究三个部分：首先，对国内外爬壁机器人的研究进展进行总结。根据水下爬壁机器人的设计使用环境和工作能力要求进行水下爬壁机器人整体结构的设计和研究，通过比较常用的吸附方式和移动方式后选择推力吸附和履带机构相结合的方案。设计了推进器结构和控制舱结构，针对推进器的结构以及水密结构并

7、用Workbench软件对控制舱的壳体和观察窗压力校核。其次，为满足水下爬壁机器人的使用要求，对其爬壁模式和浮游模式两种模式下的受力状态进行分析。根据爬壁机器人在壁面爬行时的失稳判据与推力大小的关系，利用许用推力公式通过Matlab计算得到最低推力值。对水下爬壁机器人的浮游状态时脐带缆的水阻力分析得到阻力公式为脐带缆的选型提供依据。然后进行水下爬壁机器人履带机构的越障能力和单侧越障能力分析研究得到影响越障能力的两项因素，重心位置和壁面附着系数。最后，进行水下爬壁机器人的整体试验和单项试验。在推进器试验台上进行

8、推进器推力大小测试，验证试验结果是否满足设计要求。搭建障碍物，验证履带机构的越障高度。通过Adams仿真软件分析水平推进器对壁面爬行时速度的影响，最后得出样机的性能满足设计指标的结论。关键词：水下爬壁机器人；推进器；履带机构；爬壁稳定性；Adams仿真；哈尔滨工程大学硕士学位论文水下爬壁机器人结构设计与运动稳定性研究AbstractRemoteoperatedvehiclearewidelyused