一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法技术方案

本发明专利技术属于水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法。包括UVMS系统循环水槽试验和CFD数值模拟。UVMS循环水槽试验包括：使用平面运动机构测量UVMS系统保持不同机械手姿态在流场中的受力；使用CFD方法复现水槽试验，验证CFD方法的准确性。本发明专利技术应用CFD软件对UVMS机械手水下运动过程进行数值模拟，并拟合获取水下机械手的水动力系数。能够在UVMS系统设计初期代替部分复杂、高昂的水池试验，针对所设计机械手对UVMS系统受力、力矩的扰动作用进行定性、定量分析，获取机械手基于切片理论的水动力系数，进而建立较为准确的水下机械手水动力模型，为UVMS系统的进一步优化设计和运动仿真提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法
：本专利技术属于水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法。
技术介绍
：目前，水下机器人在水下探测和作业等方面得到了越来越广泛的研究和应用。虽然水下机器人的遥控作业已经广泛用于水下搜救、科学考察、水下工程的支持等多个方面。但遥控作业不仅需要专业的母船支持，而且工作范围受到了脐带缆的限制，尤其是机器人载体加上机械手的十几个自由度的同时遥控作业使得遥控作业异常复杂。而对于UVMS自主作业，必须掌握其在机械手抓取作业过程中的水动力响应，分析水动力过程，才能够实现机器人在运动中抓取。对水下机器人的水动力分析主要包含平面运动机构试验分析和CFD数值模拟两种方法，由于试验条件限制难以使用传感器对手艇耦合运动过程中艇体和机械手的受力、力矩进行测量。虽然国内外应用软件进行潜水器水动力计算的研究很多，但原理和方法各有不同：深海作业型ROV水动力试验及运动控制研究(上海交通大学博士学位论文)，ModelingofaComplex-ShapedUnderwaterVehicleforRobustControlSc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：UVMS静态循环水槽试验；步骤2：使用CFD复现水槽试验，并验证CFD计算准确度；步骤3：使用CFD对机械手运动过程进行数值模拟，获得周期运动过程中的水动力和力矩；步骤4：使用水下机械手水动力模型对CFD模拟的机械手受力数据进行拟合，获得水动力系数

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：UVMS静态循环水槽试验；步骤2：使用CFD复现水槽试验，并验证CFD计算准确度；步骤3：使用CFD对机械手运动过程进行数值模拟，获得周期运动过程中的水动力和力矩；步骤4：使用水下机械手水动力模型对CFD模拟的机械手受力数据进行拟合，获得水动力系数和2.根据权利要求1所述的一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法，其特征在于，步骤1所述的UVMS静态循环水槽试验，包括以下步骤：步骤1.1：将UVMS实体固定到平面运动机构上，调整机械手姿态；步骤1.2：设定循环水槽的流速，进行试验；步骤1.3：获取六自由度受力传感器数据。3.根据权利要求2所述的一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法，其特征在于，步骤2所述的使用CFD复现水槽试验，包括以下步骤：步骤2.1：建立UVMS模型，建立循环水槽1：1计算域、设定边界条件并生成体网格；步骤2.2：在模型表面基于湍流边界层理论设置多层棱柱层网格；步骤2.3：选取SSTK-ω湍流模型，设定湍流求解器,初始化流场边界值；步骤2.4：UVMS系统保持机械手为某一固定姿态，直到一次数值模拟结束；步骤2.5：获取数值模拟结束后UVMS系统的受力、力矩报告以及相关流场特性，并将CFD结果与试验结果比较。4.根据权利要求3所述的一种水下机器人和机械手系统抓取运动过程的水动力分析方法，其特征在于，步骤2.3所述设定湍流求解器，求解流场的雷诺平...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海，周则兴，李宏伟，李冀永，姜涛，秦洪德，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23