自主式水下机器人(Autonomous Underwear Vehicle,简称AUV)是海洋科学技术考察、海底勘探、海底打捞等领域的重要装备。AUV通常自带能源,续航能力有限,传统水面回收方式受风浪等海况影响,水下对接技术成为AUV回收及能源补给的一种新方式。AUV水下对接技术作为AUV领域中的研究前沿,在水下实现AUV与对接装置的连接,完成对AUV的能源补给、数据上传与任务下载等工作。由于AUV的特点和对接任务的不同,水下对接形式多样,圆锥导向罩式是其中一种重要对接形式。通过对国内外AUV水下对接系统研究成果的分析和总结,本文以AUV和圆锥导向罩式水下对接装置为研究对象,研究了对接装置的执行机构和液压系统。在执行机构的研究中,本文通过分析各执行机构的功能需求,确定了各执行机构方案,设计了外抱块式制动机构和蜗轮蜗杆回转驱动机构,并将二者有机结合为一体,同时具备制动和驱动对接装置转轴的功能。分析密封和耐压结构形式,采用耐高压接近开关设计了定位触发机构,并对耐压筒进行了有限元分析验算。针对长时间保持夹紧力的问题,设计了利用机械弹簧作用保力的夹紧机构,带有沟槽的聚四氟乙烯滑块结构减小了滑动摩擦,并能通过容纳杂质保护滑轨避免机构卡死。针对充电连接对位置、角度精度要求高的问题,设计了自润滑向心球铰结构,使充电对接机构具有了倾斜自适应能力,同时空心式的结构解决了充电线缆的布置问题。本文研制的制动与回转驱动机构、定位触发机构、夹紧机构和充电对接机构,满足了 AUV顶流对接、AUV导向定位、AUV固定锁紧和充电对接位置精度等技术要求。本文研究比较了远程液压源技术、深海静压源技术和海水液压技术三种深海液压系统技术,分析了各自的优缺点和适用条件。对压力补偿技术进行了研究,分析了压力补偿技术对液压元件、密封等方面的影响,完成了液压系统回路设计。研制了位置反馈式液压缸和波纹管式压力补偿器,分析计算得出了压力补偿器的压力特性变化规律。对深海液压系统的压力损失、冲击压力问题进行了分析计算。本文研究设计了 AUV水下对接装置液压控制系统方案,搭建实验平台,采用主从控制的方式设计了实验平台的控制系统。进行了完整的AUV对接过程和退出过程模拟实验,通过实验验证了本文设计的执行机构和液压系统的可行性。
