水下机械手

华中科技大学博士学位论文二阶非完整性水下机器人的路径跟踪与协调控制研究姓名：向先波申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：黄心汉2010-06-02华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文摘要21世纪是海洋的世纪，日益增长的海洋开发需求，以及自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)技术的快速发展，使得欠驱动水下机器人已成为AUV家族的重要成员和海洋探测开发的重要工具。

欠驱动水下机器人属于二阶非完整性系统，且具有本质上的强非线性，其运动控制问题非常具有挑战性。

因此，二阶非完整性欠驱动水下机器人的非线性运动控制研究具有重要的理论价值和实用价值，已经成为水下机器人控制领域的热点问题。

本文深入分析了国内外关于二阶非完整性水下机器人运动控制方面的研究成果，并总结了所存在的问题，在此基础上完成了二阶非完整性水下机器人的路径跟踪控制，并对基于路径跟踪的机器人编队协调控制进行了研究。

主要研究内容如下：首先，简要介绍了非完整性系统，比较了路径跟踪与轨迹跟踪各自的特点，选择了建立路径跟踪误差动力学的合适方案。

以一阶非完整性移动机器人为研究对象，深入探讨机器人路径跟踪控制的设计方法，在Serret-Frenet移动坐标系下，提出基于虚拟参考目标点“协作式”路径跟踪的控制策略，完成具有“时空解耦”特性的控制器设计。

其次，建立水下机器人运动学、动力学模型，基于一阶与二阶非完整性系统运动控制的部分相似性，借鉴一阶非完整性机器人路径跟踪的控制策略，实现二阶非完整性水下机器人的三自由度全状态欠驱动路径跟踪控制器，并解除了普遍存在的角速度持续激励的路径跟踪限制条件。

通过引入建立在Serret-Frenet移动坐标系且可随路径曲率自适应变化的视线角，将其由传统的船舶直线路径跟踪，扩展到水下机器人曲线参考路径的跟踪控制。

采用“视线角导航”和“位置”分步设计，简化了路径跟踪控制律。

无人有缆遥控水下机器人ROV（Remote OperatedVehicles）研究综述摘要：无人有缆水下机器人ROV，是一种工作于水下的极限作业机器人，是海洋开发和水下作业的重要工具。

本文简要回顾了无人有缆遥控水下机器人ROV的发展历史，概述了各国在ROV领域的研究成果，以及ROV在各个行业的应用和发展趋势。

关键词：无人有缆，机器人，ROV一、引言21世纪是人类向海洋进军的世纪。

深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，也是近几年国际上竞争的焦点之一。

水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用。

本文将对无人有缆遥控水下机器人ROV研究开发现状和发展趋势作一综述。

二、简介无人遥控潜水器（Remote Operated Vehicles,ROV），也称水下机器人。

一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作,又称潜水器。

水下环境恶劣危险,人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。

它的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。

无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。

无人遥控潜水器的发展非常迅速，从1953年第一艘无人遥控潜水器问世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘。

特别是l974年以后，由于海洋油气业的迅速发展，无人遥控潜水器也得到飞速发展。

到1981年，无人遥控潜水器发展到了400余艘，其中90％以上是直接，或间接为海洋石油开采业服务的。

1988年，无人遥控潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，比1981年增加了110％。

这个时期增加的潜水器多数为有缆遥控潜水器，大约为800艘上下，其中420余艘是直接为海上池气开采用的。

六自由度液压驱动机械手液压及电控系统设计摘要随着科技的不断发展和进步，液压系统在各种领域上得到了广泛的应用。

因为液压系统体积小、重量轻、精度高、响应速度快、驱动力大、调速范围宽、寿命长和易于安全保护等优势，液压系统必然成为工程机械、各种机床和国防尖端产品等领域的主流技术。

所以液压系统的研究和应用也将成为今后科学技术发展的趋势，并有很大的发展空间和需求。

对于六自由度水下机械手的技术分析和对于设计的要求，本文设计了一种液压驱动六自由度机械手的液压与控制系统。

设计时，必须从实际情况出发，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、修理和维护方便的液压传动系统。

本文介绍了国内外水下作业机械、水下作业系统、常用的水下机械手的发展现状，整理并总结了国内外水下机械手的发展状况，提出了水下搬运机械手运行的思路,设计出水下液压机械手的液压传动控制系统，并对主要的技术参数进行了计算和校核。

本论文主要完成了如下工作：（1）六自由度液压驱动机械手的液压系统总体方案的确定与分析设计。

（2）六自由度液压驱动机械手的液压及其电控系统的分析设计。

（3）六自由度液压驱动机械手控制阀箱单向阀、减压阀、液控单向阀和电磁换向阀等元件的选型及分析计算。

（4）液压控制阀箱结构设计及液压控制阀箱零部件及油路块装配体的三维建模及二维图绘制。

（5）PLC控制系统的机型选型及编程。

关键词：六自由度水下液压机械手控制系统第一章前言1.1 选题背景、研究意义选题背景人类关注海洋，是因为陆上的资源有限，海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。

另一个重要原因是，占地球表面积 49％的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。

但是如果哪一个国家有技术实力，就可以独享这部分资源。

因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。

水下机器人作为一种高技术手段，在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是不言而喻的。