海洋技术深海作业型机器人总体设计及性能分析docx

  带缆式水下机器人（ROV）作为一种潜深大、功能全面、用途广泛 的科研与作业设备，已经在船舶海洋工程、海洋地质学和生物学等方面 体现出了重要的应用价值，许多国家都对ROV课题格外的重视。现阶段 R七自由度机械作业模块，机械手采取了液压驱动，液压机 械手前端作业模块能够准确的通过实际工况进行灵活切换工作装备，增强了设备 的通用性，液压机械手三维模型图如图6所示。

  该模块由水下摄像、水下照明与声呐3个子模块组成，3个子模块之间相 互配合，互为补充共同完成水下探测的任务。

  4MP, 3MP高清分辨率，拍摄图像清晰。摄像机外壳构件包括：1个耐压外

  时必须使用水下照明设备为其提供辅助光源。该ROV配备了 1套水下照明 设备为系统提供辅助光源，水下灯的结构及形式如图7所示。

  Fine/Marine对ROV的本体阻力性能进行计算，计算过程采用k- (SST-

  Menter)湍流模型，k与3的值与雷诺数有关；采用六面体非结构化网格 对计算模型进行网格划分，计算域模型网格如图8所示。

  根据CFD计算结果，在直航状态下，ROV以0. 5〜3. 5kn的速度在水中

  S io ROV下潜阻力曲线kn直航时，受到的阻力为1052. 96N,以1. 5kn的速 度上浮时，本体受到的阻力为572. 3N。机器人布置4部水平螺旋桨，因此 只需单个螺旋桨的推力达到265N,便可满足使用上的要求。对于垂向推进，布 置2部螺旋桨即可满足使用上的要求。考虑到功率的损耗等各种各样的因素，适当增 加一定的推力裕度，本文采用35kg磁耦合水下推进器，其基本信息参数见表 40

  平布置，大多数都用在控制ROV的横向与纵向运动，另外2部螺旋桨为垂向布 置，大多数都用在控制R0V垂向运动，具体布置方案见图11。

  4部水平螺旋桨呈八字布置，螺旋桨发出的推力方向与轴线;夹 角，这样既可推动R0V沿纵向运动，又可以在不改变螺旋桨安装形式的基 础上，使得特定的螺旋桨反向旋转，推动R0V沿横向运动，增强了结构设 计的简洁性。垂向推进器通过正反转的改变，可推动R0V进行上浮或下 潜。

  R0V所有模块安装好后，其在水中受到的重力会明显大于浮力。为 保证R0V具有一定的正浮力，需配备浮体模块。选用密度为0. SOg/cn?的

  空心玻璃微珠浮体，浮体块外形为流线V在航行中受到 的阻力，减小浮体迎流面惯性力导致的抬首力矩，改善ROV的水动力性

  利用三维建模软件SolidWorks对水下机器人的结构件进行重力与浮力 计算及整体的重心与浮心位置调整。重力的计算需确定材料的属性，通过 软件特定模块进行汇总运算。浮力的计算可依据阿基米德原理，依照结构 物所排开水的体积求得浮力，浮心位置的计算需要仔细考虑结构物是否为均质 体。R0V重心、浮心具体调整过程如图12所示。

  根据以上流程，对水下机器人的重心和浮心做调整，经过统计得出 整体质量为590. 43kg,

  所受浮力为689. 66kg,遵循正浮力设计原则。通 过惯量架装置测出R0

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