针对水下机械手对水下航行器的动态捕获问题,文中对其捕获过程的控制问题进行研究。提出了水下机械手的自适应模糊积分滑模控制(AFISMC)以实现其对航行器的轨迹跟踪,针对控制系统中存在的抖动问题,提出了自适应模糊策略,用以减弱滑模控制中的抖动现象。用李亚普洛夫方法证明了水下机械手系统的稳定性。将AFISMC方法应用于一个六自由度水下机械手的轨迹跟踪控制,并进行了仿真,对比传统的滑模控制,AFISMC中的控制输入更平稳,滑动运动收敛于滑模面的速度更快,轨迹跟踪的精度更高。

本文作者首先对美国Schilling公司研制的电液伺服水下机械手的实时控制软件进行了深入的剖析、研究、概括总结了该成熟产品所采用的控制软件的特色,在汲取其精华的基础上,对控制算法进行了新的探索和尝试,引入了格滤波器控制策略,用80286微机和8098单片机建立了一个水下机械手的主从式控制系统,同时还进行了软件设计,在软件设计时,引入了BorlandC++2.0语言编程、最后进行了数字及半实物仿真,结果表明所做的一切,在开发实际产品时,具有较高的参考价值。

水液压技术在水下作业环境中具有鲜明的技术优势,在海洋探测、海洋资源开发等领域具有广阔的应用前景。水下机械手是执行水下作业任务的重要工具,将水液压技术应用于水下作业机械手,可降低水下机器人-机械手系统的复杂程度、提高性能上限。通过阐述当前国内外各研究机构针对不同应用场景所研制水下机械手的结构特点、研究水平和商业化发展现状,对比分析不同驱动形式的优缺点及其对水下机械手性能和设计要点的影响,得出水液压驱动水下机械手是当前水下作业工具的最佳选择。在此基础上分析了水液压机械手设计中需解决的摩擦与润滑、材料、动力学模型、运动控制等关键技术问题,最后对水液压机械手未来发展的趋势进行了展望,以期为相关研究提供参考。

针对四自由度水下机器人操作机械手进行了运动学和动力学建模与控制研究。对水下机械手的结构进行了系统设计,并运用齐次变化法和牛顿-欧拉方法分别对其进行逆向运动学和动力学的理论分析。运用MATLAB进行了相关的运动仿真,验证了结构设计的合理性。对机械手控制系统进行相关研究,通过对控制方案以及信号传递与转换进行分析与设计,实现了对机械手的运动控制。

面向水下环境大范围精细作业需求,对水下大臂展机械手系统进行动力学建模和关节驱动力矩求解分析。首先,基于D-H理论对水下大臂展机械手进行正、逆运动学分析,求解各连杆速度与加速度;然后,构建水下大臂展机械手的动力学模型,使用莫里森公式和D-H理论完善动力学模型中的水动力项,采用拉格朗日法求解整机的净浮力、惯性力、离心力、科氏力与末端负载力项,得出各关节所需驱动力矩和关节角、环境水流速度以及末端负载之间的函数关系;最后,针对具体作业场景,得出环境水流速度、目标负载转运下机械手各关节所需驱动力矩,为水下大臂展机械手设计提供理论支撑。

水下机械手常要进行抓取作业，为了能把物体抓住而又不因夹持力过大而对物体造成伤害，本文设计了一种用于水下的滑觉传感器，对抓取时遇到的问题及相应的施力策略进行研究，并设计了一种模糊神经网络控制器，它具有自学习、并行分布存储信息及快速模糊推理的能力，能够满足机械手软抓取作业的要求。

本合介绍了一种具有多处功能的组合液压缸的工作特点和结构设计。这种液压缸目前已成功地应用于国内研制的水下机械手上。