程一凡 杨 智 周知进

（1.湖南电气职业技术学院，湖南湘潭，411101；2.湘电集团，湖南湘潭，411101；3.贵州理工学院机械工程学院，贵州贵阳，550003）

目前的深海采矿采集系统不能应用于商业化开采的原因有经济性与技术性2个方面。其中技术性主要存在采集率低、海底的行走机构适应性差、对海底地貌破坏严重等问题［1-4］。采矿转臂可以调整关节的角度即调整采矿姿态，去适应海底不同的地形，这样采集率将大大提高［5-6］。

采矿转臂为了适应海底地形，要不断变化采矿姿态，且其位置的精度直接影响到集矿率。为准确快速控制采矿转臂的采矿姿态，文献［4］对转臂进行动力学建模并进行运动规划，但其规划中没有考虑水动力，且采用的普通遗传算法优化有不可避免的缺点。所以本研究采用Kane法考虑水动力建立转臂深海姿态调整时的动力学模型，并在此基础上采用遗传退火算法对转臂关节运动进行规划，使其变幅机构之间力矩变化幅度最小，从而运动平稳，姿态调整容易控制［7-8］。

1 采矿转臂动力学模型

转臂支腿式深海集矿机构［8-9］如图1所示。在对转臂的运动规划中，除了考虑各运动量的大小以及其连续性等问题，还要考虑其转臂的力矩，所以必须要建立转臂的动力学方程。

1.1 节臂等效受力

根据文献［9-12］，节臂所受水动力可以等效为对节臂质点一个作用力与一个力矩的叠加，节臂之间变幅机构通过油缸的伸缩去驱动节臂，其等效于添加力矩M1，M2，M3，所以转臂受力如图2所示［4］。……