六自由度水下机械臂设计与分析

为了解决有缆水下机器人(ROV)上搭载的机械臂作业范围不大、水下作业能力有限的问题,对六自由度(6-DOF)水下机械臂进行了研究,设计了一种带有平动开合功能夹持手爪的六自由度水下机械臂,实现了主手对从手的关节驱动器(液压缸或摆动缸)进行位置控制的目的。首先,基于多目标优化规则对夹持手爪进行了计算,求解出液压缸最短行程在20 mm时即可实现手爪的120 mm平动开合范围目标;然后,建立了六自由度机械臂活动关节的D-H数学模型,对机械臂的正、逆运动学进行了求解;最后,采用Solid works软件对设计的机械臂进行了干涉检查,并利用MATLAB软件仿真分析了6个活动关节的运动轨迹,采用蒙特卡洛法求解了机械臂的工作空间范围,并进行了样机测试和水下实验。研究结果表明：机械臂的仿真模型位姿与三维模型位姿一致,机械臂的6个活动关节速度和加速度曲线都是光滑平顺的、无突变点,不存在超调现象;设计的六自由度水下机械臂夹持手爪可以按照预定指令进行120 mm开合运动,ROV上的从机械臂能够跟随主机械臂运动,加减速性能良好,各关节转角范围满足设计要求,可为下一步机械臂的结构优化奠定基础。