煤矿抽水蓄能电站水下巡检机器人姿态调节系统建模与分析

简介

姿态调节是决定水下机器人作业能力和运动稳定性的关键,为此针对煤矿抽水蓄能电站水下巡检机器人提出了一种基于全水液压的沉浮和姿态调节一体化系统。该系统主要由对称设置于机器人两侧的姿态活塞缸、变量泵及专用六位六通控制阀组成,传动介质来自机器人外部水体环境,其有沉浮、纵倾、横倾和对角侧倾四种调节状态。沉浮调节为机器人与外界水体的质量交换过程,而在调节姿态时机器人与外界水体交换通道关闭,可确保姿态调节过程中机器人本体始终处于悬停状态,提高了机器人调姿过程的稳定性。在结构创新基础上,推导了机器人重心及姿态角方程,建立了其姿态调节AMESim仿真模型,分析了机器人沉浮和姿态调节过程,并研究了活塞缸总长、间距、直径及浮心z向坐标等参数对姿态角的影响规律。结果表明:增大活塞缸直径、浮心z向坐标、活塞缸总长及活塞缸间距均有助于提高姿态角调节的灵敏性,其中浮心z向坐标越大,则其对姿态角的影响作用越明显,活塞缸直径越大,则其对纵倾姿态角的影响越小,而活塞缸总长仅对纵倾姿态角产生影响,活塞缸间距仅对横倾姿态角产生影响;且经过优化,机器人的最大纵倾姿态角和横倾姿态角分别可达78.46°和达68.20°。提出的基于全水液压的沉浮和姿态调节一体化系统具有结构紧凑、调节方便、节能环保等诸多优点,研究结果为后续沉浮及姿态调节系统的研制奠定了理论基础。