叶片式摆动缸组合密封性能分析与研究—— 沈阳自动化研究所张奇峰团队
前沿研究
目前海洋领域研究越来越收到重视,国内水下机器人发展迅速,流体控制元件及技术在海洋勘探及资源开采中占有重要地位。
本期精品文章就为各位读者推荐了《叶片式摆动缸组合密封性能分析与研究》,除此之外,本文团队也特别介绍了该深海机械手的研究情况、研究成果及未来研究方向。
叶片式摆动缸组合密封性能分析与研究
王嘉毅1,2, 霍良青2, 张奇峰2
1. 东北大学机械工程学院;
2. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室
摘要:
针对深海液压机械手关节驱动需求,设计了一种叶片式摆动缸。依据其内泄漏产生位置设计对应的组合密封结构,建立针对该摆动缸内泄漏的理论计算模型。实验测试了不同压力下内泄漏量和输出扭矩随O形圈截面尺寸和预压缩量的变化关系,验证了所提密封形式和理论计算模型的合理性,为叶片式摆动缸密封结构设计提供了理论依据。
关键词:
叶片式摆动缸;内泄漏;组合密封;理论模型
深海液压机械手研究情况
一、研究背景
论文中所研制的叶片式摆动缸应用于7功能深海液压机械手的关节,由于深海环境液压油黏度增大,导致螺旋式摆动缸关节运动缓慢,负载能力小,工作能力弱,而叶片式摆动缸可克服这些缺点,能更好的应用于全海深环境(深度11000米)。
课题依托于国家重点研发计划“全海深机械手研制”,机械手采用主从伺服控制技术,作为深海潜水器的核心作业工具,机械手可完成水下布放,回收,拾取,机构触发等任务,并可与其他工具配合开展水下采样,测量等作业。同时,机械手末端可作为摄像机的支点,辅助获取多视角视频信息。
6000米ROV
二、研究成果
2015年7月,7功能主从伺服液压机械手搭载“发现”号ROV,在1100米冷泉区完成了9次下潜,执行了样品采集、样品回收及采样器触发等操作,圆满地完成了科学考察任务,这是该机械手首次开展科学考察作业应用。
2017年8-10月期间,由中国科学院沈阳自动化研究所为4500米载人潜水器“深海勇士号”配套的两套7功能主从伺服液压机械手系统随“深海勇士号”成功完成了4500米海试,标志着7功能主从伺服液压机械手系统正式进入应用阶段。
2017年9月30日,7功能主从伺服液压机械手搭载由中国科学院沈阳自动化研究所研制的深海科考型遥控潜水器(ROV)圆满完成6000米级海试,创下了国产主从伺服液压机械手最大下潜深度记录。
自主控制实验平台
三、未来研究方向
研制出模块化的叶片式摆动缸,实现机械手的全摆动缸关节驱动,在主从伺服液压机械手的基础上研制自主和脑控机械手,实现更加精确和智能化的控制。
我国自主研制4500米载人潜水器 机械手:潜水器的国产“双手”
6000米ROV出海实验视频
团队介绍
中科院沈阳自动化研究所水下机器人研究室ROV部,参与了6000米ROV、7000米主从伺服液压机械手、全海深主从伺服液压机械手等科研项目。
其中,深海科考型ROV是我国首台自主研制的6000米ROV装备,可于海底长期开展海洋环境调查、生物多样性调查、新物种发现、基因获取、深海极端环境原位探测和深海矿产资源调查等深海科考工作,为我国深海科学研究提供强大的技术支撑。深海机械手作为潜水器的核心工具已广泛应用于深海设备中,如4500米载人潜水器、6000米ROV等,为科学家完成科考任务提供强大助力。
指导老师
张奇峰,工学博士,沈阳自动化研究所工作研究员。中国科学院青年创新促进会会员;辽宁省“百千万人才工程”千人层次人才。
主持研制完成我国首套深海7000米作业型机械手,填补国内深海7000米机械手空白;主持研制我国首套全海深主从伺服液压机械手。累计发表学术论文60余篇,申请发明专利40余项。
国家十一五863课题负责人;十二五863计划项目首席专家、课题负责人;十三五重点研发计划项目负责人;中科院战略性先导科技专项课题负责人;主持及参与国家863计划项目、国家自然科学基金项目、中科院先导专项、国防基础科研项目等10余项。
主要从事水下机器人自主作业理论与技术研究,自主作业体系结构、环境感知、运动规划与控制等,深海机械手控制理论研究与系统设计,作业型水下机器人系统及专用作业工具研制,新型水下机器人-机械手系统等技术研究。