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波浪适应水面救助机器人的设计与仿真研究

闫舟洲  
【摘要】:随着我国海洋强国战略的实施,海上交通越发繁忙,海上安全事故日益增多,这对我国海上救助力量提出了更高的要求。但目前海难事故情况多变,救助环境复杂,现有的救助船舶和救助设备难以满足日益增长的救助需求。因此,对海上救助船舶及新型救助设备的研究意义重大。本文作者结合无人水面艇和水生昆虫(水黾)的特点,引入汽车悬架结构,研发了一种具有波浪适应能力的水面救助机器人,旨在提供—种新型的海上救助设备,与现有的救助装备协同合作,提高海上救援能力。本文首先介绍了该波浪适应水面救助机器人的设计过程,详细阐述了机器人悬架系统和推进系统的设计思路和相关参数的选取,最后结合该机器人的结构设计了新型的救助捞网。其次根据该机器人的结构,利用键合图理论,建立了机器人单自由度振动模型和两自由度振动模型,推导了其状态方程,并通过键合图仿真软件20-sim进行了动力学仿真分析,仿真结果表明该机器人可以有效地减轻波浪对机器人主体平台的冲击,主体平台的振动幅度约为浮舱的振动幅度的20%左右。最后加工制造了机器人样机,根据实际数据采集需求设计了动态数据采集系统。在大连海事大学救助与打捞工程实验室内的实验水池进行了水上试验,测出了机器人在不同波浪输入条件下的运动数据,试验结果表明,在大浪情况下,机器人主体平台的振动加速度约为浮舱加速度的25%,主体平台的振幅约为浮舱振幅的24%左右,与仿真结果相符,较大程度上削弱了波浪对主体平台的冲击,验证了该波浪适应水面救助机器人在3级海况条件下具有较好的波浪适应能力和耐波性,可以提高机器人的稳定性和舒适性。


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