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摘要
为了保证用于对接回转型自主水下机器人（autonomous underwater vehicle,AUV）的开合式接驳装置处于水下单点系泊悬浮状态时的平衡与稳定，须对其进行配重优化设计。通过对开合对接机构的位移分析，获得接驳装置体重心和浮心位置的变化范围；基于静力学理论，建立并分析重心、浮心和拖点的相对位置与接驳装置悬浮平衡纵倾角的关系。为了使接驳装置悬浮平衡纵倾角及其波动幅值小，及配重后接驳装置的质量最小，建立AUV接驳装置配重优化模型，并采用序列二次规划（sequential quadratic programming,SQP）方法对配重铅块、浮力材的特征尺寸和拖点位置等配重参数进行优化设计。通过接驳装置单点系泊悬浮实验，验证了优化配重后接驳装置满足设计要求。研究结果表明：相比自由拖架形式，采用固定拖架形式可以增大拖点与重心之间的垂向距离，非常有利于装置的水下悬浮平衡；相比经验配重设计，优化配置后装置总质量约减小了13.4 kg，悬浮平衡纵倾角波动幅值约减小90.68%，稳心高约增加7.63 mm，配重优化后AUV接驳装置系泊悬浮平衡状态良好。配重优化模型的建立及分析结果对水下接驳拖体的衡重设计及其拖架方案设计具有一定的指导意义。
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单位中国科学院沈阳自动化研究所; 机器人学国家重点实验室; 中国科学院大学
