面向AUV水下回收的仿花瓣机械爪设计与水池试验

摘要

随着海洋开发与利用区域不断向深、远海延伸，自主式水下航行器(AUVs)长期水下作业需求也愈发紧迫，因此，开展隐蔽、快速、安全的AUV水下回收技术研究具有重要的意义．针对AUV水下移动对接回收需求，同时基于现有水下移动对接回收装置末端执行机构的特点，受牵牛花瓣结构形状及开合运动规律启发，并结合空间折展机构，提出并设计了一款新型机械手式AUV水下回收装置末端执行机构——仿花瓣机械爪．仿花瓣机械爪主瓣可实现主动张合，带动可折展副瓣收拢与张开，结合主瓣上的被动柔性指可实现对AUV的牢固抓取．通过对仿花瓣机械爪的运动学分析获得了其运动规律及运动参数，机械爪主、副瓣面展开角均随电推杆行程的增加而减小，其变化范围分别为[0°，32°]和[0°，23.8°)，完全展开后，花瓣最大开口尺寸为657 mm．通过水池试验验证了仿花瓣机械爪的预期运动及抓取效果；同时还探讨了机械爪偏心距离、机械爪开角及闭合速度对回收效果的影响．结果表明：偏心距仅对回收时间有较大影响，偏心距越大回收时间变长；而机械爪开角及闭合速度则主要影响最大碰撞力与回收时间，且机械爪闭合速度过快不利于成功回收．

关键词

水下移动对接回收 / 自主式水下航行器(AUV) / 仿花瓣机械爪 / 柔性指 / 运动学分析

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52375024); 山东省重点研发计划资助项目(2021CXGC010708)