关键词:
AUV水下收放
收放装置
夹抱机构
液压控制系统
摘要:
随着海洋科学技术的不断发展,自治式水下机器人(AUV)在海洋资源勘探、水下作业、海洋环境监测等领域得到了广泛应用。而AUV在执行任务时,需要重复进行水下作业和观测,因此需要高效的释放回收以保障其作业效率。目前国内外已有很多关于AUV水面、水下收放技术的研究,然而水面收放会耗费大量人力物力,因此水下收放能够提高的效率,但是大多数水下收放方式只满足特定尺寸、特定结构的AUV收放作业,无法实现多尺寸常规AUV的快速部署和回收。因此,研究具有多尺寸AUV适应能力的收放装置,实现快速收放,对于提高AUV的作业效率和灵活性,具有重要的应用前景和科学研究价值。本文主要的研究内容如下:在分析国内外适应多尺寸AUV水下收放系统研究成果的基础上,对收放系统的功能需求进行分析和总结。针对收放多尺寸AUV的问题,本文对多尺寸适应性收放装置进行方案论证,对变径导向罩收放方案、导向罩限位收放方案、箱笼式收放方案进行对比,对执行器的个数、机构的复杂程度、回收难度进行分析,最终选择箱笼式收放方案。对AUV回收装置驱动及控制方式进行研究,采用液压系统作为本文驱动方案。本文在对夹抱机构的研究中,分析夹抱机构的特点,并且对其方案进行对比,最终选择手爪夹抱方案;并对手爪夹抱进行受力及运动分析,确定了夹抱对应尺寸AUV所需力的大小以及液压缸的行程,并对手爪强度进行分析。针对二级缸的导向问题,对液压缸导向杆进行设计以及强度分析,并且对升降平台以及箱笼进行设计。对液压回路进行设计,对相关元件进行设计和选型。对内置磁致伸缩位移传感器以及拉线传感器的液压缸分别进行设计。并且对基于叠加阀液压舱以及插装阀液压舱进行方案讨论,最终选择模块化程度更好的叠加阀液压舱。对液压系统压力补偿进行研究,将液压油箱以及补偿器的集成在油囊上并对其进行详细设计。本文研究设计了 AUV多尺寸适应性收放装置的液压系统控制方案,并对液压舱进行电气连接设计,进行了压力传感器及位移传感器调试的基础试验,搭建了系统联调试验平台并进行了陆上系统联调,其中包括比例换向阀、比例溢流阀的标定试验以及多尺寸适应性夹抱机构陆上试验,对本文夹抱手爪的可行性进行验证。