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总第264期机械管理开发Total2264

2025年第4期MechanicalManagementandDevelopmentNo.4,2025

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结构设计

D0I:10.16525/14-1134/th.2025.04.042

水下机器人机械臂开发精确测量与分析设计研究

王秋琰

（中海辉固地学服务（深圳）有限公司，广东深圳518000)

摘要：为了提高水下机器人手臂末端测量精度，研究设计了一种五自由度水下机器人手臂，并根据该手臂设计了

一种机械手末端空间测量法。随后，通过试验发现，该方法的平均误差值为5.285，在实际误差范围区间内。结果表

明，机械手末端空间测量法在测量机械臂末端位置上有显著效果，能为机械臂末端作业精度的提高提供一定的理

论依据和思路。

关键词：水下机器人；机械臂末端；静态精度；测量

中图分类号：P756文献标识码：A文章编号：1003-773X(2025)04-0119-03

0引言图1中d，表示两个邻近坐标系两个水平轴x和

随着陆地不可再生资源的日益匮乏，世界各国将z相互之间的投影距离；αi-1表示连杆的长度;i表示连

注意力转向海洋资源的开发[1]。由于人类生理条件限杆;X,YZ,为坐标系。D-H参数中连杆长度、邻近坐

制，只依靠潜水员进行工作难以完成任务。因此,利用标系的旋转角度、d、关节摆动角和关节变量范围分别

自主式水下机器人代替人类在水下工作成为资源开为0mm

采的主要方式[2]。机器人手臂末端是进行水下作业的0mm

直接作用部位，其精度的高低影响着水下作业质量的-30°~180°;400mm、-90°、7.5mm0°90°

高低[3]。水下机器人手臂末端精度测量是其实现高精270°;0mm、-90°、400mm、0°0°~180°。由此

度控制的前提，然而目前的手臂末端测量方法存在误根据参数和连杆坐标系建立水下机器人手臂正向运

差较高的问题[4]。因此,研究设计了一种自主水下机动学方程，其末端位置和姿态可用公式(1)表示。

器人用五自由度机械手，并结合影响机械手精度的nx0xnxP

因素设计了一种机械手末端空间位置测量的方法。T=IT2T:TT;ToyPy(1)

研究期望该方法提高水下机器人作业的精度，降低nxnzP.

水下机器人手臂末端作业误差，为水下机器人的机0001

械手末端测量提供新的思路和方法。研究的创新点式中：T为函数矩阵；nxvn,和n.为机械手末端在初

在于提出了一种新的水下机器人机械臂末端精度测始位置相较于基础坐标方向的元素；0.为关节转角；

量方法，为水下机器人机械臂开发的精确测量提供P、P,P.为机械手末端在基坐标三个方向的值;0v0

了理论依据。和o为三个坐标系原点的值。将关节矩阵进行乘积计

1水下机器人机械臂开发精确测量与分析设计石开究算获得机械手末端坐标相对基础坐标系的变换矩阵，

1.1五自由度水下机械手的设计可用公式（2）表示。

近年来，自主水下机器人因其适应性强等优势被

co-s;0ai-1

广泛应用于水下探索等领域。然而，目前自主水下机Ts0;cαi-1co;cαi-1