3-RSR型并联车载天线机构动力学仿真与优化设计

发布时间：2020-06-01 14:50

【摘要】：并联机构由于其具有承载能力强、累积误差较小等特点而被应用于雷达天线领域。相比于6自由度并联机构,少自由度并联机构分支及构件数目减少,结构更简单、制造成本更低,易于保证高可靠性。兼顾考虑产品的经济性与天线运动的可靠性,少自由度并联天线机构的研究具有重要意义。不同于常规固定式雷达天线,车载天线需随运载车辆移动,且所处工作环境多为户外,条件复杂恶劣。车载天线独特的工况对于天线指向精度的影响不可忽略。因此,本文以通过构型优选所得的3-RSR(R表示转动副,S表示球副)并联车载天线机构为研究对象,考虑车载工况,建立机构的动力学模型,以机构固有频率最大化为目标,对机构结构参数进行动态设计及优化,并对其开展虚拟样机的建模及动力学仿真分析。论文主要研究内容如下:针对天线俯仰、方位转动及收藏的工作要求,选取3-RSR、PU-2UPS和3-RPS(P表示移动副,U表示虎克铰)三种具有两转动一移动自由度的并联机构作为天线机构备选方案,分别对各机构的位置反解、工作空间以及规定轨迹下的驱动力矩进行分析,并对其进行机构性能的综合比较。基于拉格朗日方程建立3-RSR并联天线机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,得到对应情况下机构的动力学方程;对机构动力学模型进行数值求解,绘制机构在天线规定运动轨迹下驱动力矩随时间变化曲线,并分析了基座运动对车载天线机构驱动力矩的影响。以天线机构整体固有频率最大化为优化目标,建立3-RSR天线机构优化数学模型,利用遗传算法对3-RSR并联天线机构结构参数进行优化,并通过优化前后机构性能的对比验证优化结果的有效性。建立天线机构风载荷、积雪载荷和车体随机激励工况数学模型,结合3-RSR并联天线机构的虚拟样机模型,分别对机构在保精度运行和可驱动运行两种情况下进行动力学仿真。
【图文】：

检测装置,轮胎

第 1 章绪论了一种基于球面并联机构的新型娱乐装置。1940 年，Pollard[7]提出了一种空间工业喷漆并联机器人。1962 年，Gough[8]发明了一种可以进行六自由度运动的并联轮胎检测装置，如图 1-2 所示。1965 年，Stewart[9]在机构层面对 Gough 提出的机构进行了深入的研究，并将其用于航天模拟器装置，其动平台由 6 个支链支撑并驱动，可达到任何需要的位姿，后该机构被命名为 Stewart 机构，如图 1-3 所示。1978 年，著名机构学教授 Hunt[10]首次将六自由度并联机构应用于机器人手臂，随后 Maccallion 与 Pham[11]将 Stewart 机构用于装配生产线中，这也标志着并联机器人真正意义上的诞生，并从此广泛地应用于社会生产生活的各个领域。1983 年，Hunt[12]提出了一种能够实现两个转动自由度和一个移动自由度的3-RPS并联机构，该机构因其独特的自由度性质而引起了广泛关注。

并联机器人,燕山大学,并联机构,六自由度

第 1 章绪论了一种基于球面并联机构的新型娱乐装置。1940 年，Pollard[7]提出了一种空间工业喷漆并联机器人。1962 年，Gough[8]发明了一种可以进行六自由度运动的并联轮胎检测装置，如图 1-2 所示。1965 年，Stewart[9]在机构层面对 Gough 提出的机构进行了深入的研究，并将其用于航天模拟器装置，其动平台由 6 个支链支撑并驱动，可达到任何需要的位姿，后该机构被命名为 Stewart 机构，如图 1-3 所示。1978 年，著名机构学教授 Hunt[10]首次将六自由度并联机构应用于机器人手臂，随后 Maccallion 与 Pham[11]将 Stewart 机构用于装配生产线中，这也标志着并联机器人真正意义上的诞生，并从此广泛地应用于社会生产生活的各个领域。1983 年，，Hunt[12]提出了一种能够实现两个转动自由度和一个移动自由度的3-RPS并联机构，该机构因其独特的自由度性质而引起了广泛关注。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH112

【参考文献】