绳索驱动六自由度运动系统尺度综合与控制研究

发布时间：2020-11-16 12:25

　　 进入21世纪,海洋再度成为世界关注的焦点,海洋的国家战略地位空前提高。无论是海洋运输业中的货物转运还是海防装备的装载运输,都离不开海洋吊装设备。由于海上环境瞬息万变,起重船在作业时受到风浪的影响会产生较大的俯仰、横摇、艘摇的运动,这不仅给吊装系统的操作者带来极大困难,也给海上吊装系统的稳定性提出了更加严苛的要求。绳索驱动并联机构相较于刚性驱动并联机构具有拆装方便、质量-负载比高等特点,非常适合于吊装作业。因此,本文拟提出一套绳索驱动六自由度运动系统用于海上吊装作业,该系统不仅可以补偿船体受海浪扰动引起的运动,实现误差的自动补偿和控制,同时具有较好的环境适应能力,可有效降低吊装作业难度,提高吊装作业效率。针对绳索驱动六自由度运动系统的应用背景,本文首先建立了上下平台同时运动时的运动学模型和动力学模型,求解了系统雅克比矩阵和绳索张力。并基于Adams对运动学和动力学模型的正确性进行了验证。随后,本文分析了欠冗余绳索并联机构奇异性和工作空间的关系,求解了系统的静态工作空间和动力学工作空间。此后,本文研究了绳索驱动六自由度运动系统的力旋量输出能力,并基于此提出抗扰工作空间的概念。在结构参数设计中,抗扰工作空间更具有实用性。在完成了对绳索驱动六自由度运动系统工作空间的求解工作的基础上,本文量化研究了结构参数的选择对工作空间具体形状和大小的影响,从雅克比矩阵条件数和系统固有频率两个角度分析了结构参数的选择对系统性能的影响,并最终提出一套针对绳索六自由度吊装系统的尺度综合设计方法,在给出负载运动要求的前提下给出绳索驱动六自由度运动系统的最优结构参数设计方案。最后,本文研究了欠约束绳索并联机构的控制问题,在考虑绳索弹性的基础上建立了交流伺服提升系统动力学模型,并基于此分析了欠约束绳索并联系统的控制特性。针对绳索驱动六自由度运动系统的非线性、低刚度、低阻尼和欠约束的控制特点,本文提出一种基于计算张力前馈的铰点空间控制策略,并结合课题应用背景,基于Simulink和Adams联合仿真研究了该控制策略下系统的阶跃响应和正弦响应,最终通过运动补偿仿真实验验证了控制策略的有效性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH112;U674.7
【部分图文】：

图 1-1 “蓝鲸”号 7500 吨起吊船 图 1-2 “德和”号 5000 吨起重船在传统的起重设备中，设备基座安装于陆地等坚实的基础上，设备稳定性容得到保证。但是，由于海上环境瞬息万变，起重船在作业时受到风浪的影响会产较大的俯仰、横摇、艘摇的运动，这不仅给吊装系统的操作者带来极大困难，也海上吊装系统的稳定性提出了更加严苛的要求。尤其是在两船之间的货物转运，

图 1-1 “蓝鲸”号 7500 吨起吊船 图 1-2 “德和”号 5000 吨起重船在传统的起重设备中，设备基座安装于陆地等坚实的基础上，设备稳定性容得到保证。但是，由于海上环境瞬息万变，起重船在作业时受到风浪的影响会产较大的俯仰、横摇、艘摇的运动，这不仅给吊装系统的操作者带来极大困难，也海上吊装系统的稳定性提出了更加严苛的要求。尤其是在两船之间的货物转运，

RoboCrane模型
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 秀实;;秀实的诗[J];青海湖;2016年11期

2 蓝晓;;壤巴拉组诗[J];草地;2016年06期

3 蓝晓;;壤巴拉(组诗)[J];现代艺术;2017年02期

4 汪蔭德;我们试制的电犁——电力绳索牵引犁[J];新疆农业科学通报;1958年06期

5 ;绳索牵引装置简介[J];中国农垦;1958年13期

6 ;农机[J];中国乡镇企业技术市场;2004年08期

7 刘文科;;有一种情感不能被兜售[J];黄河之声;2007年12期

8 寿振东,陈泰声;1KS-12型开沟机绳索牵引装置[J];粮油加工与食品机械;1981年11期

9 张永宝;单子恒;;绳索牵引双向深耕犁[J];中国农业科学;1958年14期

10 柳森;;“大跃进”期间江苏省的绳索牵引化运动[J];江苏大学学报(社会科学版);2016年01期

相关博士学位论文 前3条

1 汪菁;滑轮绳索多体系统的动力学建模与仿真研究[D];大连理工大学;2017年

2 刘攀;绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 王克义;绳索牵引骨盆运动控制康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 何文凯;绳索牵引式并联3D打印机器人的研究[D];上海交通大学;2018年

2 刘超;绳索驱动六自由度运动系统尺度综合与控制研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 于金山;面向空间应用的大跨度四绳索牵引并联机构研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

4 李崇庆;六自由度绳索弹簧并联机构的设计与分析[D];哈尔滨工业大学;2018年

5 颜玉娇;绳索牵引并联机器人的动力学建模与控制研究[D];中国科学技术大学;2015年

6 张文佳;绳索牵引并联机器人的点到点轨迹规划与动力学控制[D];中国科学技术大学;2016年

7 王学飞;基于绳索牵引空间爬行机器人伸缩臂的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

8 张松;刚柔混联下肢康复机器人绳索力优化及柔顺性控制研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

9 礼四同;六自由度八绳牵引并联机构工作空间分析及实验平台研制[D];重庆大学;2017年

10 方硕;基于LABVIEW的绳索牵引下肢康复机器人控制研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

本文编号：2886226