水下机器人推进器负载模拟技术研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaji2009
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水下机器人是人类探索利用海洋的重要工具,主要包括:自主式水下机器人(AUV)、遥控式水下机器人(ROV)、自主/遥控式水下机器人(ARV)、载人潜水器(HOV)等,水下机器人在探测的深度和广度等方面已经取得了长足的进步,但是由于水下机器人成本、数量、能源供应等方面的限制,当前水下机器人的搜索能力、作业能力很有限。为了解决水下机器人研制过程中的湖试和海试周期长、成本高、危险系数大的问题,本文对水下机器人推进器进行了陆上负载模拟技术的研究,主要包括以下内容:推进器负载模拟方法、负载转矩计算、软硬件平台的组建和加载实验。机器人在海洋中航行时,推进器带动螺旋桨运转产生前进的动力,同时水流也对推进系统产生负载转矩,阻碍机器人航行。为了模拟这一海洋场景,经过研究,借鉴了测功机的工作原理,采用一种伺服加载电机通过联轴器与推进器尾端相连接,通过控制伺服电机添加转矩的大小,来模拟海洋环境的阻力。通过这种方式,可以实现水下机器人推进器负载的陆上仿真测试。负载转矩的数值大小以及变化规律对推进器负载模拟系统至关重要。首先,分析了水下机器人推进系统的各个部分的特性,利用某次航行数据绘制了几种状况下推进器的敞水特性曲线,并进行了分析拟合,得到了特定规格的自主式水下机器人的转矩系数与进速比之间的函数关系式,并在此基础上,根据仿真环境计算机,计算出负载模拟转矩值。本文不但做了推进器负载模拟技术的研究,在此基础上也进行了全物理仿真平台的组建。通过测试平台与下端执行器件的连接,实现对机器人推进器的转矩加载。本部分所做的工作主要包括:测试平台监控界面的开发,伺服控制电机PLC控制程序的编写,上位机与测试平台之间的通信等。在前面的基础上,在陆地上开展了对机器人的推进器负载模拟实验,逆流起车实验用于模拟机器人刚投入海洋中的初始阶段,航行加速实验用于模拟机器人在海洋中执行任务时加速的过程,续航能力测试用于模拟机器人在海洋中持续航行时的状况。通过三种方式的加载实验,实现了水下机器人推进器负载模拟技术的全物理实现。
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