摘 要

目前，疏浚近海及江河区域航道大多靠大型疏浚船舶进行航道清理，大型疏浚设备存在着设备调遣和清理时间较长，施工精度较低，疏浚过程产生污染等问题，因此，对于内河或城市湖泊的清淤作用受限。随着环保疏浚的要求不断提升，对小型疏浚设备的需求日益迫切，因此急需设计一款能观测水下地形，实现精细控制和施工的水下辅助清淤机器人。

本文主要介绍了设计的这款水下清污机器人的过程。首先利用CAD制图软件设计绘制所需要各个部件的图纸，并附上详细的尺寸要求便于后续加工及实物组装。根据部件结构图，利用solidworks对水下机器人进行建模，分别建立便于生产原样机的等比模型以及用于仿真验证、测试的缩放模型。再利用ansys对所设计的机器人的机械结构进行仿真分析，以确定其原理的可行性。最后需要建立控制系统，利用plc设计自动控制模块，将系统与机械结构相关联，进而完成完整的辅助机器人设计。

关键字：CAD绘图；建模；仿真模拟；PLC自动控制系统

Abstract

At present, most of the waterways in the dredged offshore and river areas are cleaned by large dredged ships. The large dredging equipment has problems such as long equipment dispatch and cleaning time, low construction accuracy and pollution during dredging process. Therefore, the dredging function for inland rivers or urban lakes is limited.With the increasing requirements of environmental dredging, the demand for small dredging equipment becomes more and more urgent. Therefore, it is urgent to design an underwater auxiliary dredging robot which can observe underwater terrain and realize fine control and construction.

This paper mainly describes the process of the underwater cleaning robot designed.First, the drawing of each component required is designed and drawn by CAD drawing software, and the detailed dimension requirements are attached to facilitate subsequent processing and physical assembly.According to the component structure drawing, the underwater robot is modeled by solidworks, and the equivalent model for prototype production and the zoom model for simulation verification and testing are established respectively.Then the mechanical structure of the designed robot is simulated and analyzed with ANSYS to determine the feasibility of its principle.Finally, it is necessary to establish control system and design automatic control module with PLC to associate the system with mechanical structure so as to complete the complete design of auxiliary robot.

Key words: CAD drawing； modeling； simulation;；PLC automatic control system

目录

摘要 3

Abstract 4

第一章 绪论 7

1.1研究目的及意义 7

1.2国内外研究状况 7

1.2.1国外研究状况 7

1.2.2国内研究状况 8

1.3 本文主要研究内容及技术方法 9

1.利用CAD建立平面模型 9

2.利用3D建模软件做成效果图 9

3.利用ANSYS进行验证可行性 9

4.建立控制模块系统 9

第二章 机器人模型建立 10

2.1 二维模型建立方法及思路 10

2.1.1 建模方法 10

2.1.2 设计思路 10

2.2 水下机器人二维结构 11

2.2.1 行走模块 11

2.2.2 推进模块 12

2.2.3 清污模块 13

2.2.4 传感模块 14

2.2.5 主体模块 15

2.3 三维模型建立 17

2.3.1 建模方法概述 17

2.3.2 建模过程 17

2.4 本章小结 18

第3章 主电机的选择 19

3.1 电机设计选型 19

3.2 额定功率的确定 19

3.3 最高转速的确定 20

3.4 额定转速的确定 20

3.5 额定扭矩的确定 20

3.6 电机参数 21

第四章 设计控制系统 22

4.1 初步思路 22

4.2 开关电源 23

4.3程序控制系统 24

4.4状态控制 24

4.5具体状态的分析 25

4.6 本章小结 28

第五章 总结 29

参考文献 30

致 谢 31

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

随着经济的发展、人文活动的增加和自然灾害的发生，以植被的破坏和生活废弃物为主的污染物直接进入江河水域、近海海域和湖泊。由于环境的改变，除外来漂浮物外自身滋生了环境污染物，如蓝藻、水葫芦等生长、死亡、变质，对环境产生了极为难处理的污染^[1]。淤泥中的有机物质分解要消耗大量氧气，造成鱼类大批死亡。港口、航道、水利等工程中，在各类的游泳娱乐场所，各种大小观赏性的人工鱼湖及水池等常常遇到水下清淤向题^[2-3]。

目前，疏浚近海及江河区域航道大多靠大型疏浚船舶进行航道清理，大型疏浚设备存在着设备调遣和清理时间较长，施工精度较低，疏浚过程产生污染等问题，因此，对于内河或城市湖泊的清淤作用受限。随着环保疏浚的要求不断提升，对小型疏浚设备的需求日益迫切，因此急需设计一款能观测水下地形，实现精细控制和施工的水下辅助清淤机器人^[4]。

1.2国内外研究状况

水下机器人是一个复杂的无人系统，用以代替人类进行复杂、艰苦甚至危险的工作，它涉及到电子、计算机、机械结构、液体流动、压力、光电、声音、磁电、定位和导向等多种学科，体现了一个国家的综合技术力量和水平^[5]。水下清污机器人的组成主要包括机器本体、清污机构和运动控制^[6]。

1.2.1国外研究状况

世界上第一台遥控型水下机器人—“CURV”于 1960 年由美国研制成功。1966 年CURV 与载人潜水器配合，在西班牙外海找到了一颗遗失在海底的氢弹，在当时引起了极大的轰动，因为这一事件使得水下机器人技术得到了人们的重视。随着多种技术的不断发展，以及多方面的需要，水下机器人得到了快速发展，水下机器人产业的雏形逐渐形成。