水下机器人载体框架的设计和检验

申强龙

（杭州电子科技大学机械工程学院，杭州 310018）

水下机器人载体框架的设计和检验

申强龙

（杭州电子科技大学机械工程学院，杭州 310018）

载体框架是有缆无人水下机器人（简称ROV）是的重要组成部分。本文分别从材料选择和框架形式选择方面，对载体框架进行了设计。借助simulation对载体框架进行了分析。

水下机器人；载体框架；框架设计

1 材料选择

海水中含有大量腐蚀电离子，因此载体框架应具有良好的耐疲劳性、耐腐蚀性和耐冲击性，并且ROV在深水中工作需要承受较大的水压，因此需要足够的强度和稳定性［1］。在ROV中常作为框架的材料有铝合金、钢材和钛合金。铝合金是上世纪中叶迅速发展起来，因其在抗腐蚀性和强度等方面的不俗表现，在海洋领域得到了广泛应用。钢材同样具备优良的抗腐蚀性。钛合金的加工工艺比较成熟，且具备较高的比刚度、比强度。在材料的选取中必须多加考量，为了更具体的比较各种材料的优劣，表1列出了铝合金、钢材和钛合金的定量比较。

由表1数据得知，钛合金在抗压方面表现最优，因此ROV框架以钛合金材料为最佳。

表1 载体框架材料定量比较

对于TI-6Α1-4V钛合金，其机械性能如下：

弹性模量：1.05E+11 N/m2

泊松比：0.31

抗剪模量：4.1E+10 N/m2

质量密度：4428.78 Kg/m3

张力强度：1050000000 N/m2

屈服力：827370880 N/m2

热导率：6.7 W/（m·K）

比热：586.04 J/（kg·K）

2 结构设计

参考国内外成熟的框架设计成品，以及根据任务的具体要求，本次设计的ROV为开架结构。载体框架在ROV中的作用，相当于人体的骨架，需要在上面安装不同的设备，并且在ROV的下放和收回过程中的作用力，都是有载体框架来承受。因此载体框架稳定性和耐用性至关重要［2］。设计要求需要满足以下条件：

①载体框架应尽量满足如下要求：②水下运动性好，阻力较小，易用工作；③具有足够强的强度和刚度；④空间布局合理，便于摆放仪器和设备；⑤加工性能好，经济适用；⑥减少不必要的重量；

设计出的载体框架和整体ROV的结构图分布如图1和图2所示。

3 强度与刚度校核

由于本文ROV的建模是在SolidWorks中完成的，并且SolidWorks中也自带了simulation的仿真设计软件，可以非常方便地进行网格划分、添加应力和查看结果。ROV的简化框架结构的网格划分图如图3所示。通过simulation的运算，计算出位移等值线结果，结果如图4所示。

由结果可知，载体框架的位移变形最大值也不过0.715um，可以忽略不计，因此框架的结构稳定性得到了保证。

［1］宋辉.ROV的结构设计及关键技术研究［J］.哈尔滨工程大学，2008.

［2］吴丙伟.浅水观察级ROV结构设计与仿真［J］.中国海洋大学，2013.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.165