山东大学杨旭获国家专利权
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龙图腾网获悉山东大学申请的专利基于深潜器机械臂动力学建模的作业稳定性评估方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118821346B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410796337.1,技术领域涉及:G06F30/17;该发明授权基于深潜器机械臂动力学建模的作业稳定性评估方法是由杨旭;刘鑫设计研发完成,并于2024-06-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于深潜器机械臂动力学建模的作业稳定性评估方法在说明书摘要公布了:本发明涉及深潜器技术领域,具体涉及一种基于深潜器机械臂动力学建模的作业稳定性评估方法,建立了深海机械臂系统的流体‑机械耦合动力学模型,明确了海水对机械臂在深海作业中的影响,揭示了水下机械臂动力学行为及其关键参数,该水下耦合动力模型可以分析机械臂末端夹爪的运动及载荷参数对各关节驱动力矩的要求,从而为机械臂的设计和运行提供重要参考;针对深潜器直线滑移、旋转滑移、y轴顺时针倾覆、y轴逆时针倾覆、x轴顺时针倾覆、x轴逆时针倾覆六种情况开展了力学建模以及潜水器稳定性分析,揭示了极端深海环境下深潜器‑机械臂系统失稳的力学边界条件;通过深潜器‑机械臂动力学作业稳定性建模及分析,为深海安全作业提供了可靠保障。
本发明授权基于深潜器机械臂动力学建模的作业稳定性评估方法在权利要求书中公布了:1.一种基于深潜器机械臂动力学建模的作业稳定性评估方法,其特征在于,包括以下步骤: S1.建立深潜器的世界坐标系{w}、基坐标系{0}及各连杆坐标系{n}; S2.分析深潜器-机械臂的关节驱动力矩向量τa;水阻力矩向量τd以及附加质量力矩向量τm; 基于Morison方程,第n连杆的微元所受到的微元水阻力相对于各连杆坐标系{n}的计算公式可表达为: 式中: ρ表示水体密度,Cd表示水阻力系数,nVln_y表示第n连杆微元相对于坐标系{n}的y向法向线速度,nvln_z表示第n连杆微元相对于各连杆坐标系{n}的z向法向线速度,D表示连杆等效质量直径,dln表示连杆n微元长度,表示第n连杆的微元所受到的微元水阻力相对于各连杆坐标系{n}在y方向上的分力,表示第n连杆的微元所受到的微元水阻力相对于各连杆坐标系{n}在z方向上的分力; 第n连杆微元所受的微元水阻力相对于连杆坐标系{1}的表达式为: 式中,表示各连杆坐标系{n}相对于连杆坐标系{1}的姿态变换矩阵; 第n连杆微元引起的第1回转关节的水阻力矩表达式为: 式中,1pln表示第n连杆微元坐标系{dln}的原点相对于坐标系{1}的位置矢量;基于Morison方程,第n连杆的微元所受到的微元附加质量力相对于各连杆坐标系{n}的计算公式可表达为: 式中: Cm表示附加质量力系数,naln_y表示第n连杆微元相对于各连杆坐标系{n}的y向法向线加速度,naln_z表示第n连杆微元相对于各连杆坐标系{n}的z向法向线加速度;dln表示连杆n微元长度;表示第n连杆的微元所受到的微元附加质量力相对于各连杆坐标系{n}在y方向上的分力,表示第n连杆的微元所受到的微元附加质量力相对于各连杆坐标系{n}在z方向上的分力; 第n连杆微元所受的微元附加质量力相对于连杆坐标系{1}的计算公式可表达为: 式中,表示各连杆坐标系{n}相对于连杆坐标系{1}的姿态变换矩阵; 第n连杆微元所受的微元附加质量力矩相对于连杆坐标系{1}的解析式为: 式中,1pln表示第n连杆微元坐标系{dln}的原点相对于坐标系{1}的位置矢量;S3.结合牛顿-欧拉方程及水动力方程,建立深海液压机械臂水下耦合动力学模型τ=τa+τd+τm。
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