ROV水下作业培训系统七功能机械手臂的设计与仿真

作     者：李学平 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵连玉

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：ROV模拟器 7功能机械手臂 拓扑优化 机器人运动学 关节机器人 

摘      要：目前ROV(水下机器人)在海洋研究与开发中的应用愈来愈广泛。但是因海洋环境复杂,导致操作ROV作业难度极高,对ROV操控人员的培训也非常困难。本研究中所涉及的“ROV水下作业培训系统使得在陆地上对作业人员进行岗位培训成为可能。作业人员通过“ROV水下作业培训系统,认识和感知ROV水下操作的要求和作业流程,学习操作规程;最终提高作业效率和作业安全性。7功能机械手是“ROV水下作业培训系统的重要组成部分,作业人员通过对ROV模拟培训系统机械手的操作,完成ROV机械手的操作培训,预演ROV机械手在海底作业的操作。本研究围绕“ROV水下作业培训系统中七功能机械手(6R+1,串联机器人,1为手爪开合自由度)的设计展开研究。应用Auto-cad、Solidworks等机械设计软件完成了,七功能机械手臂,机械结构,传动方式的设计。通过Ansys有限元分析软件的拓扑优化完成了对机械手臂,主要部件的轻量化设计;并利用有限元软件校核了7功能机械手臂关键零件的刚、强度,验证了设计的合理性。完成了相关电机的选型设计计算。应用D-H方法建立了机械手臂连杆坐标系,得到机械手臂末端执行器相对于固定基座的转换矩阵,求得6自由度机械手臂的运动学正解;通过数值迭代法进行了机械手臂运动学机械手臂运动学逆解的求解。采用Matlab对关节机器人工作空间进行了仿真,运用Matlab机器人工具箱,建立了机械手臂的仿真模型,求得机器人运动学正解以及逆解。分析、验证了机械手臂运动学方程,判断了运动学方程的正确性。结合本文中所推导的机械手臂运动学方程,采用基于蒙特卡洛法的七功能机械手臂工作空间求取方法,结合Matlab软件仿真,求得7功能机械手臂的工作空间。