水下桩安装协同机器人系统仿真研究

论文摘要

随着深海能源的开发,浮式生产设施具有众多的优点,被广泛应用,其关键是锚泊系统。锚泊系统常见的有爪力锚,吸力锚,每种类型都具有一定特点,但均存在较大缺陷。最近几年对深海锚泊系统发展出采用桩锚结构,该结构需要水下打桩(短桩),使锚泊系统具有很大的抗拔力和抗横向载荷,对提高浮式生产系统的锚泊安全、降低锚泊系统的失效风险起到关键作用,但若没有水下机器人的协同作业,整个安装无法进行。论文着眼于深海锚泊系统发展出采用桩锚结构的安装技术,提出“水下桩安装协同机器人”研究,该机器人具有以下功能:水下桩扶正功能;水下桩定位功能;水下桩桩吊耳自动定向功能;自动夹紧和松开功能;自动降低吸附力功能;重复使用功能。论文包括对水下桩安装过程的力学分析、结构优化、自动定位定向机构、协同作业等进行全面研究,制作比例模型和实验验证,提出一套完整的理论体系。论文以大直径短桩为研究前提,主要工作包括以下几点:1.分析深海打桩过程的环境因素及桩与机器人的受力,选用钢材及合理结构,提出一种新型的水下桩安装协同机器人模型。2.完成机器人结构设计和优化,运动学分析和动态干涉检验;并对模型进行贯入性分析。3.提出可行的试验方案,推导水下桩安装协同机器人沉降性和吸附性算法,并进行仿真试验。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 深海打桩的关键问题
• 1.3 课题的研究内容
• 1.3.1 课题的基本方案
• 1.3.2 课题的主要任务
• 第二章 深海打桩系统的理论分析
• 2.1 深海打桩系统设计技术资料
• 2.2 海况及土力学分析
• 2.3 深海打桩的特点
• 2.4 桩的受力分析
• 2.4.1 桩的贯入机理
• 2.4.2 打桩时的动态阻力
• 2.4.3 打桩阻力的分布规律
• 2.5 打桩阻力估算
• 2.6 波动方程应用
• 第三章 水下桩安装协同机器人的受力分析
• 3.1 水下桩及打桩机械
• 3.1.1 材料选择
• 3.1.2 深海打桩机械
• 3.2 由工程实例分析设备选择
• 3.3 打桩系统组成
• 第四章 水下桩安装协同机器人的结构设计
• 4.1 设计要求
• 4.2 机构设计方案
• 4.2.1 总体结构
• 4.2.2 实施方式
• 4.3 单元结构设计
• 4.3.1 基架结构
• 4.3.2 扶正导向机构
• 4.3.3 举升机构
• 4.3.4 压板装置
• 4.3.5 锁闩装置
• 4.4 沉降性分析
• 4.5 吸附力分析
• 4.6 液压控制系统设计
• 4.6.1 海水液压传动技术
• 4.6.2 液压系统结构方案
• 第五章 仿真系统试验
• 5.1 试验方案设计
• 5.2 仿真试验过程
• 5.2.1 运动学仿真试验
• 5.2.2 贯入性仿真试验
• 5.2.3 冲击载荷仿真试验
• 5.2.4 打桩屈曲仿真试验
• 5.3 试验结论
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢