AUV水下对接装置执行机构与液压系统设计的研究

摘要

自主式水下机器人(Autonomous Underwear Vehicle，简称AUV)是海洋科学技术考察、海底勘探、海底打捞等领域的重要装备。AUV通常自带能源，续航能力有限，传统水面回收方式受风浪等海况影响，水下对接技术成为AUV回收及能源补给的一种新方式。AUV水下对接技术作为AUV领域中的研究前沿，在水下实现AUV与对接装置的连接，完成对AUV的能源补给、数据上传与任务下载等工作。由于AUV的特点和对接任务的不同，水下对接形式多样，圆锥导向罩式是其中一种重要对接形式。　　通过对国内外AUV水下对接系统研究成果的分析和总结，本文以AUV和圆锥导向罩式水下对接装置为研究对象，研究了对接装置的执行机构和液压系统。　　在执行机构的研究中，本文通过分析各执行机构的功能需求，确定了各执行机构方案，设计了外抱块式制动机构和蜗轮蜗杆回转驱动机构，并将二者有机结合为一体，同时具备制动和驱动对接装置转轴的功能。分析密封和耐压结构形式，采用耐高压接近开关设计了定位触发机构，并对耐压筒进行了有限元分析验算。针对长时间保持夹紧力的问题，设计了利用机械弹簧作用保力的夹紧机构，带有沟槽的聚四氟乙烯滑块结构减小了滑动摩擦，并能通过容纳杂质保护滑轨避免机构卡死。针对充电连接对位置、角度精度要求高的问题，设计了自润滑向心球铰结构，使充电对接机构具有了倾斜自适应能力，同时空心式的结构解决了充电线缆的布置问题。本文研制的制动与回转驱动机构、定位触发机构、夹紧机构和充电对接机构，满足了AUV顶流对接、AUV导向定位、AUV固定锁紧和充电对接位置精度等技术要求。　　本文研究比较了远程液压源技术、深海静压源技术和海水液压技术三种深海液压系统技术，分析了各自的优缺点和适用条件。对压力补偿技术进行了研究，分析了压力补偿技术对液压元件、密封等方面的影响，完成了液压系统回路设计。研制了位置反馈式液压缸和波纹管式压力补偿器，分析计算得出了压力补偿器的压力特性变化规律。对深海液压系统的压力损失、冲击压力问题进行了分析计算。　　本文研究设计了AUV水下对接装置液压控制系统方案，搭建实验平台，采用主从控制的方式设计了实验平台的控制系统。进行了完整的AUV对接过程和退出过程模拟实验，通过实验验证了本文设计的执行机构和液压系统的可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外AUV水下对接技术研究现状

1.3 水下液压系统概述

1.4 课题来源与本文主要研究内容

第2章 AUV水下对接装置执行机构的方案研究

2.1 引言

2.2 主要技术指标

2.3 制动与回转驱动机构的方案研究

2.4 定位触发机构的方案研究

2.5 夹紧机构的方案研究

2.6 充电对接机构的方案研究

2.7 本章小结

第3章 AUV水下对接装置执行机构的结构设计

3.1 引言

3.2 制动与回转驱动机构的结构设计

3.3 定位触发机构的结构设计

3.4 夹紧机构的结构设计

3.5 充电对接机构的结构设计

3.6 本章小结

第4章 AUV水下对接装置液压系统的设计研究

4.1 引言

4.2 三种AUV水下对接装置液压系统方案的研究

4.3 压力补偿型深海液压系统研究

4.4 AUV水下对接装置液压系统设计

4.5 位置反馈式液压缸的设计

4.6 压力补偿器的设计及特性研究

4.7 液压系统性能验算

4.8 本章小结

第5章 AUV水下对接装置液压控制系统设计及实验研究

5.1 引言

5.2 液压控制系统方案研究

5.3 实验平台总体构成

5.4 实验平台控制系统组成

5.5 模拟实验及结果分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢