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原文传递水下清刷机械手的设计与分析

论文题名：	水下清刷机械手的设计与分析
关键词：	水下清刷机械手;系统设计;结构分析;数值模拟
摘要：	随着世界经济的发展，远洋运输事业取得了飞速发展，而船体水线以下的船壳及螺旋桨都会生长海生物，致使降低舰船航速降低、增加燃料消耗成本，导致维修需要花费大量时间、人力和经费。为提高修造船厂的智能化和维修效率，急需研制水下船体表面清刷机器人。目前水下螺旋桨自动清刷机器人的研究还很少，水下清刷机械手的设计与分析具有重要价值。水下清刷机械手作为水下机器人的拓展模块，在水下完成对螺旋桨桨叶复杂曲面的自动清刷作业，由2只对称结构的抓取机械手和1只清刷机械手组成。　　首先综合研究分析国内外水下清刷技术和水下机械手的现状，结合作业需求，确定水下清刷机械手的技术要求和作业原理，通过三维设计软件SolidWorks完成了虚拟三维模型，确定了设计方案。由于作业空间复杂，该机械手的关节对连杆参数，各关节的变量范围和液压部件的性能参数的准确性要求高。选取抓取机械手的肘部左右摆动关节，清刷机械手的清刷磨头上下伸缩关节，及磨头回转关节等具代表性的关键部件进行了设计分析的阐述。再采用图解法和分组结合法，及对螺旋桨曲面的分段处理方法，解决了在没有其它水下清刷机械手作为参考和只有螺旋桨参数的情况下，如何迅速确立机械手结构尺寸的难题，使既能得到机械手的连杆参数和关节变量范围，又能确保机械手能达到所需要的复杂工作空间。之后，采用数值方法对抓取机械手和清刷机械手进行运动学求解，在MATLAB环境下采用蒙特卡洛法对工作空间进行仿真，验证图解法求得的机械手工作空间的正确性，及各连杆参数和关节变量范围的合理性。最后，利用有限元分析软件ANSYS对肘部液压缸和抓取机械手进行了应力和应变分析，验证设计是否满足强度要求。　　研究工作表明:对螺旋桨进行水下清刷作业，采用多只机械手协同作业可以取得较好的清刷效果，避免物理伤害;采用图解法和分组结合法，及对螺旋桨曲面的分段处理方法，可以迅速确立机械手的结构尺寸，得到机械手的连杆参数和关节变量范围，同时确保机械手的工作空间能满足要求;水下清刷机械手具备覆盖盲区的能力，对目标4叶螺旋桨桨叶的叶面、叶背复杂曲面各需要5次作业，可高效、完整地完成清刷作业。研究工作为后续样机的制作打下了基础，也为针对不同型号螺旋桨清刷作业的机械手研究提供了参考依据。
作者：	陈泓伍
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	冷建兴;黄豪彩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文