六自由度水下机械臂设计与分析

作者：赵飞. 日期：2023-10-19/span> 浏览：369 查看PDF文档

摘要:为了解决有缆水下机器人(ROV)上搭载的机械臂作业范围不大、水下作业能力有限的问题,对六自由度(6DOF)水下机械臂进行了研究,设计了一种带有平动开合功能夹持手爪的六自由度水下机械臂,实现了主手对从手的关节驱动器(液压缸或摆动缸)进行位置控制的目的。首先,基于多目标优化规则对夹持手爪进行了计算,求解出液压缸最短行程在20mm时即可实现手爪的120mm平动开合范围目标;然后,建立了六自由度机械臂活动关节的DH数学模型,对机械臂的正、逆运动学进行了求解;最后,采用Solid works软件对设计的机械臂进行了干涉检查,并利用MATLAB软件仿真分析了6个活动关节的运动轨迹,采用蒙特卡洛法求解了机械臂的工作空间范围,并进行了样机测试和水下实验。研究结果表明:机械臂的仿真模型位姿与三维模型位姿一致,机械臂的6个活动关节速度和加速度曲线都是光滑平顺的、无突变点,不存在超调现象;设计的六自由度水下机械臂夹持手爪可以按照预定指令进行120mm开合运动,ROV上的从机械臂能够跟随主机械臂运动,加减速性能良好,各关节转角范围满足设计要求,可为下一步机械臂的结构优化奠定基础。

关键词:有缆水下机器人;水下机械臂;位置控制;夹持手爪;活动关节;MATLAB仿真

中图分类号:TH122;TP241文献标识码:A文章编号:1001-4551(2023)08-1248-11

本文引用格式:

赵飞.六自由度水下机械臂设计与分析［J］.机电工程,2023,40(8):1248-1258.

ZHAO Fei. Design and analysis of six-degree-of-freedom underwater manipulator［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2023,40(8):1248-1258.