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Word版说明书1份，共68页，约25000字

 

CAD版本图纸，共6张

SW三维图一份

 

 

摘  要

近年来伴随着海洋经济的飞速发展，我国也加大了对海洋事业开发的重视程度，船舶行业逐渐兴旺发达。但由于长时间在海洋中航行，导致各种小型水生物植物附着于船体表面，例如藤壶，海藻，贝类等。其吸附于船体表面会导致轮船在行驶过程中阻力增大，增加轮船在行驶时的油耗，同时也污染环境。因此对藤壶、海藻等船体附着物进行相关的清扫处理成为当务之急。水下机器人可实现短期阶段性清扫，成本低廉，并可以在船航行时进行清扫，在航海业具有广泛的应用前景。但目前已有的水下机器人存在效率低下，清扫质量无法满足市场需求，对于藤壶等强力附着物无法进行有效清扫。

针对上述问题，本文在基于负压吸附与强磁履带模块协调技术，设计了一种包围式履带移动平台，此平台通过四条履带的吸附配合和移动配合方案确保机器人在船面全方位移动。在清扫机构方面采用模块化设计理念，针对附着物附着特点设计专业清扫模块，通过模块化接口组合实现分级清扫功能。最后，通过友好的人机界面和任务调度系统，将清扫质量及效率参数实时反馈于监管系统，具有良好的可操作性，保证了清扫质量。

首先，分析了目前水下清扫船体机器人系统组成及国内外研究现状，根据工作需求提出相应的设计架构，关键结构的实现方案与技术参数，设计了整体机械结构原理模型。

进而具体剖析了水下清扫船体机器人的机械结构设计，计算其吸附力及吸附效果，分析型材及电机选型，标准件选用等。运用虚拟样机模型技术，建立清扫船体机器人的虚拟样机模型，同时针对关节结构进行有限元分析校核其强度，为实物样机的制作提供了有力的理论依据。绘制加工图纸，加工零件，并装配样机。

其次，根据其功能需要设计电控系统，绘制电路原理图，搭建控制系统和驱动系统，整理系统框图和实物框图，完善其控制系统，并检测其电控系统稳定性。

最后，测试其移动机构的移动特性，对移动以及清扫进行稳定性判断，分析其移动特性及清扫特点，进一步保证了清扫船体机器人的工作安全性和可靠性，为水下清扫船体机器人的进一步研究打下了扎实的基础。

 

关键词：清扫船体机器人；模块化；全方位移动；虚拟样机

 

目  录

 

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3 课题研究的目的与意义 4

1.4 课题研究的主要内容与关键技术 5

1.5 本章小结 6

第二章 水下清扫船体机器人总体方案设计 7

2.1 水下清扫船体机器人设计要求 7

2.2 水下清扫船体机器人的机械系统方案 9

2.2.1 机械系统的设计原则 9

2.2.2 设计方法 9

2.2.3 移动平台方案设计 11

2.2.4 清扫机构方案设计 14

2.3 水下清扫船体机器人的电控系统方案 15

2.3.1 驱动系统的设计思路 15

2.3.2 传感系统的设计思路 16

2.4 本章小结 16

第三章 水下清扫船体机器人移动平台设计 18

3.1 水下清扫船体机器人移动平台分析 18

3.1.2水下清扫船体机器人关键位姿受力分析 18

3.2 水下清扫船体机器人移动平台设计 20

3.2.1 履带吸附结构 23

3.2.2 负载轮结构 23

3.2.3 链轮传动结构 23

3.2.4 履带张紧结构 23

3.3 水下清扫船体机器人移动平台整体搭建 24

3.4 本章小结 26

第四章 水下清扫机器人的清扫系统设计 27

4.1 水下清扫船体机器人清扫系统设计 27

4.1.1定力矩清扫刀具模块设计…………………………………………………….27

4.1.2外围柔性毛刷清扫设计及整体清扫盘布局………………………………….29

4.2 本章小结 30

第五章 水下清扫机器人电控系统设计 31

5.1 驱动电路分析及设计 31

5.2 控制器的选用 32

5.3本章小结 33

第六章 水下清扫船体机器人样机制作与实验 34

6.1 关键零件的材料选用 34

6.1.1 整体支撑框架铝合金型材的选用 35

6.1.2 履带固定板ABS板 35

6.1.3 PLA3D打印机材料 35

6.1.4 磁轮轴选材碳素杆 36

6.2 移动机构的简化及试制 36

6.3 清扫机构的简化及试制 41

6.3.1简化清扫机构及关键件分析 41

6.3.2 关键件加工仿真及制作 41

6.4 整体装配与实验验证 44

6.5 本章小结…………………………………………………………………………...45

结  论 46

致  谢 47

参考文献 48