【摘 要】
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水下蛇形机器人是水下机器人的一个重要分支,其独特的多关节机构使其可改变自身形状与角度来实现近似蛇类行动和避障。蛇形机器人可在水下人类难以到达的地方进行长期工作,增加安全系数,减少人类因体力不足等因素引起的一系列误差,将人类从危险的水下工作环境中解脱出来。水下蛇形机器人将在军事侦察、海底资源勘测、海底输油管道检漏、水下工作平台检修及水下考古等领域发挥巨大的作用。现有的水下蛇形机器人运动速度慢,其机动
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水下蛇形机器人是水下机器人的一个重要分支,其独特的多关节机构使其可改变自身形状与角度来实现近似蛇类行动和避障。蛇形机器人可在水下人类难以到达的地方进行长期工作,增加安全系数,减少人类因体力不足等因素引起的一系列误差,将人类从危险的水下工作环境中解脱出来。水下蛇形机器人将在军事侦察、海底资源勘测、海底输油管道检漏、水下工作平台检修及水下考古等领域发挥巨大的作用。现有的水下蛇形机器人运动速度慢,其机动性有待提高,且仅依靠蜿蜒运动难以通过水下复杂狭窄的区域。针对以上问题,本文设计了一款新型模块化水下蛇形机器人,该水下蛇形机器人每个关节具有偏航和俯仰两个自由度,并搭载多个螺旋桨推进器,可实现多步态水下运动,提高了机器人的灵活性和机动性。本文的研究内容如下:1、针对蛇形机器人水下性能要求,完成了水下蛇形机器人的结构设计,详细介绍了蛇形机器人载体结构设计、密封设计、防腐蚀设计、平衡设计等方面内容。2、针对水下蛇形机器人的运动控制问题,完成了桨推模式和复合模式运动学分析,建立了水下蛇形机器人运动学模型;建立了推进系统数学模型。3、针对水下蛇形机器人前向速度控制问题,分析前向速度、螺旋桨推力及电机转速的关系,并建立了电机转速控制模型,进行了PID控制与模糊PID控制联合仿真。4、针对蛇形机器人水下蜿蜒运动和桨推运动的控制要求,完成了蛇形机器人水下运动控制系统软硬件设计,可利用人机交互界面实现机器人运动控制。5、为测试蛇形机器人的灵活性和机动性,进行了水下样机试验。通过单关节和蜿蜒运动试验验证了蛇形机器人的运动灵活性;以三舱段机器人和五舱段机器人两种模式进行桨推运动试验,验证了蛇形机器人的模块化功能和机动性。
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