海底六足移动作业平台多物理耦合动力学研究

论文摘要

随着人类对海洋探索的不断深入,水下探测设备在海洋环境观测、海底地质调查、海洋资源开采等方面的应用越来越广泛。传统的水下移动作业平台运动灵活性差,只能进行远距离观测,无法在海床上进行着床作业;海底六足移动作业平台稳定性好,地形适应性强,有效的解决了上述传统水下移动作业平台的问题。本文结合当前关于水下移动作业平台和陆地足式移动作业平台的研究,初步设计一种海底六足移动作业平台,该六足移动作业平台既能在海底行走,又能在海底作业。本文针对海底作业环境,确定海底六足移动作业平台的总体方案,分析机械腿和机械臂的构型。根据海底六足移动作业平台机械臂和机械腿的构型,进行机械臂和机械腿的正/逆运动学分析,推导机械臂和机械腿关节转速数学表达式;并建立机体运动学模型。基于机械臂运动学模型,建立机械臂-水体耦合动力学模型;基于机械腿运动学模型,建立机械腿-水体-地面耦合动力学模型;分析机械臂和机械腿对机体的作用力,建立机体-水体-地面耦合动力学模型。基于莫里森公式,分析动力学模型中的水动力项,建立机械臂水动力学模型、机械腿水动力模型和机体水动力模型。基于海底沉积物的物理力学特性,配置模拟海底沉积物,建立步行足与海底沉积物间的足-地力学模型,构建海底沉积物地质的试验条件,进行足-地力学模型参数辨识,以建立完备的足-地力学模型。基于Vortex动力学仿真软件,搭建海底六足移动作业平台仿真平台,并利用所建立的水动力学模型和足-地作用力学模型,进行六足移动作业平台海底仿真环境的二次开发。应用所规划的步态和足端轨迹,对六足移动作业平台在海底环境下的动态性能进行仿真分析,仿真结果为海底六足移动作业平台的设计提供参考。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 毕秀雯

导师: 张京明

关键词: 海底六足移动作业平台,耦合动力学,足地力学,仿真

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金青年项目“基于动物尺度效应和足地动力学机理的全地形重载六足机器人步行机构研究”(51705097)

分类号: P715

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.006003

总页数: 94

文件大小: 4179k

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