并联式自动消防炮回转机构的研究

发布时间：2017-07-14 09:11

  本文关键词：并联式自动消防炮回转机构的研究

  更多相关文章： 二自由度并联机构 球面五杆机构 运动学分析 误差分析 自动消防炮回转机构

【摘要】：随着社会的发展与科学的不断进步，中国的城镇化步伐逐渐加快，现代化厂房与居住高楼不断增多，人口越来越集中，一旦发生火灾，危险性非常大，救援工作难以开展，如果不能迅速精确地灭火，带来的损失极其惨重。为了提高现有自动消防炮的灭火效率，结合现有自动消防炮对定位精度的需求，本文在对球面五杆机构运动学和误差研究的基础上，提出了一种新型自动消防炮回转机构。相比于传统的串联悬臂梁式机构自动消防炮，其体积小，重心低，刚度高，作业时喷液后坐力小，没有误差和惯性的积累与放大，提高了自动消防炮的运动性能、定位精度与稳定性，增强灭火性能和效率。本文主要研究内容如下： (1)基于螺旋理论进行运动学分析，建立二自由度球面五杆机构运动学模型，推导出了其位置、速度、加速度表达式。并结合具体数值算例进行仿真计算，考察机构参考点R在x， y， z方向上位置坐标随时间变化的曲线，同时对所建立数学模型进行检验； (2)为了研究分析机构尺寸误差对消防炮末端执行机构实际运动位置的影响，应用矩阵法对球面五杆机构误差进行分析，在考虑机构尺寸误差（不含随机性）情况下获得机构输出位置误差w、速度误差w、加速度误差w的向量模型，并基于概率分析求出了机构输出位置均值W和方差2 W的表达式。最后结合具体数值算例进行仿真分析，得出机构参考点R在x， y， z方向上的位置均值曲线、位置标准差曲线和机构精度的3曲线，对所建立的误差模型进行了验证。 (3)在球面五杆机构运动学和误差分析的基础上，设计了两种回转机构为球面二自由度五杆并联机构的自动消防炮，建立了其三维数字模型。其中一种用于与城市建设基础或消防水管连接，消防炮作业时灭火液通过回转机构，经蜗轮轴内孔、Y形空心杆、管接头进入炮体内腔后从炮口喷出。另一种可固定在建筑物的室内或室外墙体上，，作业时灭火液不经过回转机构，直接经外接软管与末端执行机构联接，从消防炮的炮口喷出。 (4)在前述工作的基础上，本文还简要分析设计了适用回转机构为球面二自由度并联机构的自动消防炮的控制系统。控制系统中主要包括火灾探测部分，通讯接口，消防炮主控芯片电路（包括整体外围控制电路，电源电路、程序下载电路、外部电源检测电路）以及伺服电机驱动电路等模块，同时对电机控制系统的软件流程图进行了设计。 本文主要通过对球面五杆机构运动学和误差分析，及其应用于自动消防炮回转机构的研究，为球面并联二自由度五杆机构的实际应用提供了理论基础，拓宽了球面五杆机构的应用领域，为提高自动消防炮效率、精度及稳定性提供了有效方法。
【关键词】：二自由度并联机构 球面五杆机构 运动学分析 误差分析 自动消防炮回转机构
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU892
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 本论文的目的、意义9-11
• 1.2 研究现状11-16
• 1.2.1 球面五杆机构研究现状11-14
• 1.2.2 消防炮回转机构研究现状14-16
• 1.3 本论文主要研究内容16-18
• 2 球面五杆机构的运动学分析18-28
• 2.1 概述18-19
• 2.2 球面五杆机构位置分析19-22
• 2.2.1 位置正解分析20-21
• 2.2.2 位置逆解分析21-22
• 2.3 球面五杆机构的速度与加速度分析22-26
• 2.3.1 球面五杆机构的速度分析22-25
• 2.3.2 球面五杆机构的加速度分析25-26
• 2.4 数值算例26-27
• 2.5 本章小节27-28
• 3 球面五杆机构的运动误差分析28-39
• 3.1 概述28-29
• 3.2 球面五杆机构误差模型29-34
• 3.3 误差概率模型34-35
• 3.4 数值算例35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 球面五杆机构的应用39-55
• 4.1 概述39-40
• 4.2 消防炮回转机构设计40-47
• 4.2.1 设计方案一41-45
• 4.2.2 设计方案二45-47
• 4.3 回转机构运动分析47-54
• 4.3.1 机构的自由度计算47
• 4.3.2 回转机构的坐标系建立47-50
• 4.3.3 回转机构的位置分析50
• 4.3.4 回转机构的速度分析50-53
• 4.3.5 回转机构的加速度分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 消防炮控制系统设计55-68
• 5.1 消防炮控制系统概述55-65
• 5.1.1 火灾探测56-59
• 5.1.2 通讯接口59-60
• 5.1.3 消防炮主控芯片电路60-63
• 5.1.4 伺服电机驱动电路63-65
• 5.2 控制系统软件设计65-67
• 5.3 本章小结67-68
• 6 结论与展望68-70
• 6.1 本文工作总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 附录74-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果75-76
• 致谢76-77

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本文编号：540479