水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法技术

本发明专利技术的实施例提供了一种水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，涉及水下机器人分析技术领域。方法包括：S1：对水下机器人进行力学建模，形成水下大坡度机器人模型；S2：基于水下大坡度机器人模型，得到机器人在各个失效情况下的吸附力临界值；其中，各个失效情况包括滑移失效、垂直翻转失效和水平翻转失效；S3：仿真计算水下机器人水阻力；S4：对水下机器人进行运动仿真分析，根据仿真结果，判断机器人是否能够在大坡度斜面上进行稳定爬行运动。该方法对机器人进行了运动仿真验证，通过分析机器人在不同的倾斜角度下的运动情况，根据仿真结果，就能够确定机器人是否能够在大坡度斜面上进行稳定爬行运动。进行稳定爬行运动。进行稳定爬行运动。

【技术实现步骤摘要】
水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法


[0001]本专利技术涉及水下机器人分析
，具体而言，涉及一种水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]随着水利行业的迅速发展，各项水利设施的常规巡检变得尤为重要，复杂水环境下的水工建筑物结构检测对水下大坡度爬行机器人有着迫切需求。针对当前水下机器人面对大坡度水工建筑面存在运动不稳定的问题，目前，在进行水下机器人结构设计的过程中，尚未有全面有效地方法对水下机器人进行运动稳定性的分析。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的包括提供了一种水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，其能够对机器人进行了运动仿真验证，通过分析机器人在不同的倾斜角度下的运动情况，根据仿真结果，就能够确定机器人是否能够在大坡度斜面上进行稳定爬行运动。
[0004]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0005]本专利技术提供一种水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，方法包括：
[0006]S1：对水下机器人进行力学建模，形成水下大坡度机器人模型；
[0007]S2：基于水下大坡度机器人模型，得到机器人在各个失效情况下的吸附力临界值；其中，各个失效情况包括滑移失效、垂直翻转失效和水平翻转失效；
[0008]S3：仿真计算水下机器人水阻力；
[0009]S4：对水下机器人进行运动仿真分析，根据仿真结果，判断机器人是否能够在大坡度斜面上进行稳定爬行运动。
[0010]在可选的实施方式中，S1包括：
[0011]建立三个坐标系，包括建立以大地为参考系的大地固定坐标系O
‑
XYZ；以工作斜面为参考的斜面固定坐标系O1‑
X1Y1Z1；以水下机器人作为参考的随体坐标系O0‑
X0Y0Z0，O0Y0轴指向机器人运动方向，O0Z0轴垂直于斜面，根据右手定则确定出O0X0轴；
[0012]对水下机器人进行力学分析。
[0013]在可选的实施方式中，S2包括：
[0014]S21：进行滑移失效分析，包括建立水下大坡度爬行机器人在运动过程中的某一时刻的受力模型；分析机器人在随体坐标系O0‑
X0Y0Z0中的受力；
[0015]S22：进行垂直翻转失效分析，包括分析机器人在垂直壁面上运动、且机器人运动方向沿壁面向上时的临界受力；
[0016]S23：进行水平翻转失效分析，包括分析机器人在水下垂直壁面上运动、且运动方向与水平面平行时的临界受力。
[0017]在可选的实施方式中，S3包括：
[0018]S31：设立控制方程与湍流模型；
[0019]S32：简化机器人三维模型与建立计算阈；
[0020]S33：仿真计算水阻力。
[0021]在可选的实施方式中，在S31中，控制方程包括连续性方程与N
‑
S方程，湍流模型为SST k_ω湍流模型。
[0022]在可选的实施方式中，在S32中，简化机器人三维模型包括：
[0023]a)删除机器人机体框架上的螺栓连接件、螺栓孔；
[0024]b)忽略机器人上的小间隙、凸起，删除部分圆角特征；
[0025]c)将推进器、密封舱用与实际模型外形尺寸相同的圆柱模型代替；
[0026]d)用拉伸闭合实体代替履带。
[0027]在可选的实施方式中，在S32中，建立计算阈包括：
[0028]对于机器人直线运动，建立内流域和外流域；
[0029]对于机器人旋转运动，建立旋转域、内流域和外流域。
[0030]在可选的实施方式中，S33包括：
[0031]S331：计算直线运动水阻力；
[0032]S332：计算旋转运动水阻力；
[0033]S333：对直线运动水阻力和旋转运动水阻力进行二阶曲线拟合，得到拟合函数、二阶阻尼系数及线性阻尼系数。
[0034]在可选的实施方式中，S4包括：
[0035]S41：建立机器人仿真模型；
[0036]S42：进行机器人运动稳定性仿真分析。
[0037]在可选的实施方式中，S41包括：
[0038]建立机器人机体框架模型，建立运动履带底盘模型，对机器人水下运动仿真约束力。
[0039]本专利技术实施例提供的水下机器人大的流程图坡度爬行稳定性分析方法的有益效果包括：
[0040]根据水下机器人在大坡度运动的运动状态建立相应的运动模型，对机器人进行运动稳定性分析。首先根据水下机器人在斜面运动的某一时刻的力学分析，分别分析研究了机器人的三种失控状态：沿斜面滑移、垂直翻转、水平翻转，得出三种失控状态下需要的临界吸附力大小，验证所设计的机器人的吸附结构满足机器人的稳定运动。进一步，为了分析水阻力对机器人运动的影响，先通过仿真的方式对机器人运动过程中的水阻力进行了分析计算，得到机器人在不同运动状态下的水阻力大小。最后对机器人进行了运动仿真验证，通过分析机器人在不同的倾斜角度下的运动情况，根据仿真结果，就能够确定机器人是否能够在大坡度斜面上进行稳定爬行运动。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0042]图1为本专利技术实施例提供的水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法的流程图；
[0043]图2为大坡度爬行机器人的三维受力示意图；
[0044]图3为大坡度爬行机器人滑移失效时的受力状态；
[0045]图4为大坡度爬行机器人垂直翻转失效临界受力状态；
[0046]图5为大坡度爬行机器人水平翻转失效临界受力状态；
[0047]图6为机器人前进后退运动时仿真流体计算域划分情况；
[0048]图7为机器人前进后退运动时网格划分情况；
[0049]图8为机器人旋转运动时仿真流体计算域划分情况；
[0050]图9为机器人旋转运动时网格划分情况。
具体实施方式
[0051]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0052]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0053]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，其特征在于，所述方法包括：S1：对水下机器人进行力学建模，形成水下大坡度机器人模型；S2：基于所述水下大坡度机器人模型，得到机器人在各个失效情况下的吸附力临界值；其中，各个失效情况包括滑移失效、垂直翻转失效和水平翻转失效；S3：仿真计算水下机器人水阻力；S4：对水下机器人进行运动仿真分析，根据仿真结果，判断机器人是否能够在大坡度斜面上进行稳定爬行运动。2.根据权利要求1所述的水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，其特征在于，S1包括：建立三个坐标系，包括建立以大地为参考系的大地固定坐标系O
‑
XYO；以工作斜面为参考的斜面固定坐标系O1‑
X1Y1Z1；以水下机器人作为参考的随体坐标系O0‑
X0Y0Z0，O0Y0轴指向机器人运动方向，O0Z0轴垂直于斜面，根据右手定则确定出O0X0轴；对水下机器人进行力学分析。3.根据权利要求2所述的水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，其特征在于，S2包括：S21：进行滑移失效分析，包括建立水下大坡度爬行机器人在运动过程中的某一时刻的受力模型；分析机器人在随体坐标系O0‑
X0Y0Z0中的受力；S22：进行垂直翻转失效分析，包括分析机器人在垂直壁面上运动、且机器人运动方向沿壁面向上时的临界受力；S23：进行水平翻转失效分析，包括分析机器人在水下垂直壁面上运动、且运动方向与水平面平行时的临界受力。4.根据权利要求1所述的水下机器人大坡度爬行稳定性分析方法，其特征在于，S3包括：S31...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永灿，李佳龙，王皓冉，汤坤，李永龙，谢辉，张红，张钢，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：