用波动方程建立蠕动爬行攻泥机器人海底土力学运动模型

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1、第uw卷第w期机器人∂²¯quwo²qwΡΟΒΟΤussu年z月∏¯¼oussu文章编号}tssu2swwykussulsw2svs

2、2sxΞ用波动方程建立蠕动爬行攻泥机器人海底土力学运动模型王建新林扬k中国科学院沈阳自动化研究所沈阳ttsstyl摘要}针对目前国内海底蠕动爬行机器人攻打千斤洞的特点o在对海洋沉积土的工程性质进行分析的基础上o利用流变力学的理论o提出用波动方程来建立攻泥机器人周期性冲击土壤的力学模型o用后向差分法解波动方程o得到土壤的位移和变形公式o确定土壤对攻泥机的阻力q通过对模型的仿真o证明了用该模型计算阻力的可行性q关键词}波动方程~蠕动爬行~攻泥机器

3、人~海底土力学运动模型中图分类号}×°uw文献标识码}ΣΕΑΒΕΔΣΟΙΛΜΕΧΗΑΝΙΧΣΜΟΔΕΛΑΝΑΛΨΣΙΣΒΨΩΑςΕΕΘΥΑΤΙΟΝΟΦΑΜΟςΕ−ΙΝ−ΣΟΙΛΡΟΒΟΤΒΑΣΕΔΟΝΧΡΕΕΠΙΝΓΠΡΙΝΧΙΠΛΕ•¬¤±2¬¬±≠¤±ªkΑυτοματιονΙνστιτυτεoΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσΣηενψανγttsstylΑβστραχτ}¤¦¦²µ§¬±ª·²·«¨¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©·«¨³µ¨¶¨±·°²√¨2¬±2¶²¬¯µ²¥²·¥¤¶¨§²±¦µ¨¨³¬±ª³µ¬±¦¬³¯¨o¤¶¨¤¥¨§¶²

4、¬¯°¨¦«¤±¬¦¶°²§¨¯²©µ«¨²¯²ª¼¬¶³µ²³²¶¨§¥¼º¤√¨¨´∏¤·¬²±o¤¶©¤µ¤¶·«¨¨±ª¬±¨¨µ¬±ª¥¨«¤√¬²µ²©¶¨¤¥¨§¶²¬¯∏±2§¨µ·«¨³¨µ¬²§¬¦¤¯¬°³¤¦·¬¶¦²±¦¨µ±¨§q∏µ¬±ª·«¨¶²¯∏·¬²±²©·«¨º¤√¨¨´∏¤·¬²±º¬·«¥¤¦®º¤µ§§¬©©¨µ¨±¦¨oº¨º²µ®²∏··«¨§¬¶³¯¤¦¨°¨±·¤±§§¬¶·²µ·¬²±²©·«¨¶²¬¯∏±¬·q©·¨µ·«¤·o¤¶¬°∏¯¤·¬²±¬¶³µ²√¬§¨§²±³¯¤¶·¬¦¤±§¶²¯¬§°∏§o¤±§

5、·«¨©¨¤¶¬¥¬¯¬·¼²©∏¶¬±ª·«¬¶º¤¼·²¦¤¯¦∏¯¤·¨·«¨µ¨¶¬¶·¤±¦¨ª¨±¨µ¤·¨§¥¼¶²¬¯¬¶¤¯¶²¶·∏§¬¨§qΚεψωορδσ}º¤√¨¨´∏¤·¬²±~¦µ¨¨³¬±ª³µ¬±¦¬³¯¨~°²√¨2¬±2¶²¬¯µ²¥²·~°¨¦«¤±¬¦¶¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©¶¨¤¥¨§¶²¬¯但由于一些关键技术没有解决≈t 1引言kΙντροδυχτιονlo至今尚未突破q尽管如此o海军防救部门和地方防救部门仍在继续努国内外打捞沉船目前大部分采用浮筒打捞法o力o国内一些研究单位也在进行着不懈的探索o且提即打捞时先把吊钢

6、缆k千斤缆l通过导缆逐级引导o出了不少的方案o如中国科学院沈阳自动化研究所进入沉船底的千斤洞o穿越沉船o然后将浮筒通过起提出了水下蠕动爬行攻泥机器人的方案o哈尔滨工吊钢缆与沉船体固定在一起o通过浮筒的上浮把船程大学提出了蠕动爬行拱泥机器人的思路≈u q国外已带出水面q攻打千斤洞和穿缆作业都由潜水员完成o成功研制陆地定向非开挖设备o如气动矛!定向由于水下作业环境恶劣o对潜水员而言o进行水下打≈v∗x 等钻o但国内海底爬行攻泥机器人o尚未见到报洞!穿带千斤缆是一项劳动强度大!效率低且危险性道q高的工作o特别是深度较大!地质复杂的海区o难度无论是攻泥机o还是拱泥机o蠕动过程中都离

7、不更大q因此o海军防救和国内打捞部门急需一种自动开与泥土之间的相互作用o如机器人前方受到的阻攻泥打洞穿缆的机器o来代替潜水员的手工劳动o以力o侧面受到的摩擦力和土壤对尾部的支撑力o这些降低潜水员的劳动强度o提高打捞沉船的效率q作用很复杂o涉及到流变力学!流体力学!土壤动力针对这种情况o我国自xs年代以来就进行了这学等方面的知识o并且随着时间!位置的变化而动态方面的尝试o提出了几种方法并进行了试验o如火箭地改变q特别是拱泥头受到的阻力o目前国内还仅限攻泥!机械挖沟并钻掘!自治式爬行拱泥机器人等oΞ收稿日期}usstptupswvts机器人ussu年z月于用静态的方法来研究o如

8、用迈耶霍夫极限承载力成q攻泥头首部装有力传感器o用来实时反映攻泥机≈y 来计算公式或太沙基极限承载力公式o尚未有比较受到的阻力o并判断攻泥机是否碰到了难以攻进的完整的机理模型q岩石板块o以便实时地控制攻泥机朝着有利的方向≈z∗tt 前进本文根据土力学的动承载力原理o用波动q它的运动过程如下}≈y 建立蠕动攻泥机器人与土之间的相互作用模前进限位块扎入土壤提供支反力方程o油缸推动钎型o弥补了以往单纯静态研究攻泥过程中的某一截头往前攻出长度为Σ的孔洞o然后令前进限位块回面的不足q尽管攻泥头的运动是一个准静态运动o但缩o回