双体船载绳索并联驱动救捞系统研究
发布时间：2021-06-29 08:08
近年来,随着海上交通运输业以及海底资源开采事业的快速发展,我国在远、近海的生产活动日益频繁,海上事故发生频率也随之增加。救助艇人工救捞作为目前海上救助的主要方式,恶劣海况下实施难度大,艇上工作人员生命安全无法得到保证,本项目所研发的新型海上救捞船有望解决此难题,该救捞船船体设计借鉴了具有特殊构造的波浪自适应双体船,可抵御强风浪,具备很强的耐波性,其上搭载冗余约束绳驱并联机构作为船用救捞设备以实现自动打捞。为实现二者的良好配合,应充分考虑双体船构造以及应用环境,对绳驱并联救捞机构进行针对性的结构尺寸设计以及控制方法研究。这对救捞船的实际建造和运行具有重要意义。针对绳驱并联救捞机构的基座平台构造,建立了基座可动的完整的机构逆运动学模型和分离船体运动干扰的机构动力学模型。在绳索出力限制下,分析机构平衡外力旋量的能力,进而得出力可行验证条件,采用离散法求解绳驱并联机构力旋量可行工作空间。研究移动平台结构与工作空间的关系,借助粒子群法完成平台的几何尺寸优化,实现了机构可行工作空间最大化。对绳驱并联机构刚度矩阵进行分析,得出刚度矩阵与机构稳定性的关系,同时从稳定性角度上给出解析型的绳索张力分配方法...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大型海上救助船
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题研究的背景及意义本课题来源于大连海事大学有关新型海上救捞船的合作研究项目。在恶劣海况下高效完成救捞任务，除要求船体自身具有较高耐波性，还应装备合适的船用救捞设备。新型海上救捞船以双体船为基体搭载绳驱并联救捞机构完成目标物打捞，但复杂海况下船体运动必然对救捞机构性能造成影响，因此须考虑船体构造以及海上应用环境，对绳驱并联机构进行针对性的结构尺寸设计和有效控制，这对救捞工作的实施有重要意义，从而引出本课题。近年来，随着海上交通运输业以及海底资源开采事业的快速发展，我国在远、近海的生产活动日益频繁，然而由于世界气候剧变，海洋环境愈发恶劣，导致大、小海上事故频发，严重威胁了海上作业人员的人身安全。目前，我国的海上救援任务主要通过直升机和救助船完成。图1-1大型海上救助船图1-2救助艇人员救援直升机搜救范围广，救援速度快，在海上搜救作业中占绝对优势，但其对施救人员素质要求高，且单次人员救助数量有限，在面对大型海上救援任务时，救助船仍是主要力量。救助船耐波性强，可在恶劣海况下完成远距离、长时间的搜救任务。但由于船体质量大，机动性差，所以通常情况下救助船应与事故地保持一定距离，通过船载小艇或者捞具间接救助水中人员。但由于救助艇较轻小，在强风浪作用下施救难度大大提高而且救援人员的安全也无法得到保证。为解决该问题，本项目提出一种适应恶劣海况的新型海上救捞船，可作为大型救助船的重要补充力量。新型海上救捞船基体采用一种具有波浪自适应功能的特殊构造的双体船[1]，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-它保留了传统双体船快速和稳定性好的特点，同时在船体设计中融入了先进的汽车减震技术。该船依靠两侧充气浮筒提供浮力，采用平行弹簧—阻尼器单元作为浮筒连接上层船体的“悬架”系统，上层船体由前、后拱以及船体主干构成，前拱和船体主干之间用球铰连接，而后拱则与主干固连。如同汽车一样，悬架系统可用于衰减高振幅的低频振动，而可变形的充气浮筒能够衰减低振幅高频振动，除此之外，上层船体的关节运动也能一定程度上隔离波浪对船体的突然冲击，借助上述设计该船体的耐波性得到大大提高。独特的“拱形”结构使两浮筒间拥有较大的空间，这一特点非常有利于船上救捞设备的安装，尤其适合便于封闭空间布置的绳驱并联机构。图1-1波浪自适应双体船图1-2波浪自适应双体船关节运动图1-3波浪下的船体运动绳驱并联机构承载能力强、工作空间大、运动速度快且机动灵活，十分适合作为本项目船用救捞设备。该机构完全依靠绳索带动移动平台，电机卷扬等绳索驱动系统被固定在下平台，大幅减轻了机构的运动负载，从而容易获得高加速度。通过驱动卷扬转动来缠绕绳索，以控制绳长变化，降低了机构的设计安装难度和建造成本。在封闭空间内，绳索并联机构能够实现移动平台的较高精度控制，可轻松完成例如搬运、轨迹跟踪等任务。船体在风浪作用下会发生例如升沉、纵摇和横荡等耦合运动[2]，相比于固
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向自动仓储的绳索牵引并联机器人构型选择与参数优化[J]. 张飞,张彬,周烽,尚伟伟,丛爽. 机械工程学报. 2020(01)
[2]求解柔索驱动并联机构最大任务空间的区间分析法[J]. 邹愉,张玉茹,王党校. 机械工程学报. 2014(05)
[3]七索并联对接机构作业空间分析及索力优化设计[J]. 唐乐为,唐晓强,汪劲松,柴晓明. 机械工程学报. 2012(21)
[4]基于索力优化的FAST柔索牵引并联机构的静力学分析[J]. 李辉,朱文白,潘高峰. 工程力学. 2011(04)
[5]柔索牵引并联机构的静刚度分析[J]. 李辉,朱文白. 机械工程学报. 2010(03)
[6]绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制[J]. 刘攀,张立勋,王克义,张今瑜. 哈尔滨工程大学学报. 2009(07)
[7]风洞试验绳牵引冗余并联机器人的刚度增强与运动控制[J]. 刘欣,仇原鹰,盛英. 航空学报. 2009(06)
[8]500m球反射面射电望远镜FAST[J]. 南仁东. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2005(05)
博士论文
[1]基于绳牵引并联机构的六自由度波浪补偿关键技术研究[D]. 吕伟.国防科技大学 2017
[2]冗余驱动索并联机构矢量力输出特性研究[D]. 王伟方.清华大学 2016
[3]六自由度并联波浪补偿系统设计与控制关键技术研究[D]. 胡永攀.国防科学技术大学 2015
[4]绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D]. 郑亚青.华侨大学 2004
本文编号：3256081
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大型海上救助船
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题研究的背景及意义本课题来源于大连海事大学有关新型海上救捞船的合作研究项目。在恶劣海况下高效完成救捞任务，除要求船体自身具有较高耐波性，还应装备合适的船用救捞设备。新型海上救捞船以双体船为基体搭载绳驱并联救捞机构完成目标物打捞，但复杂海况下船体运动必然对救捞机构性能造成影响，因此须考虑船体构造以及海上应用环境，对绳驱并联机构进行针对性的结构尺寸设计和有效控制，这对救捞工作的实施有重要意义，从而引出本课题。近年来，随着海上交通运输业以及海底资源开采事业的快速发展，我国在远、近海的生产活动日益频繁，然而由于世界气候剧变，海洋环境愈发恶劣，导致大、小海上事故频发，严重威胁了海上作业人员的人身安全。目前，我国的海上救援任务主要通过直升机和救助船完成。图1-1大型海上救助船图1-2救助艇人员救援直升机搜救范围广，救援速度快，在海上搜救作业中占绝对优势，但其对施救人员素质要求高，且单次人员救助数量有限，在面对大型海上救援任务时，救助船仍是主要力量。救助船耐波性强，可在恶劣海况下完成远距离、长时间的搜救任务。但由于船体质量大，机动性差，所以通常情况下救助船应与事故地保持一定距离，通过船载小艇或者捞具间接救助水中人员。但由于救助艇较轻小，在强风浪作用下施救难度大大提高而且救援人员的安全也无法得到保证。为解决该问题，本项目提出一种适应恶劣海况的新型海上救捞船，可作为大型救助船的重要补充力量。新型海上救捞船基体采用一种具有波浪自适应功能的特殊构造的双体船[1]，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-它保留了传统双体船快速和稳定性好的特点，同时在船体设计中融入了先进的汽车减震技术。该船依靠两侧充气浮筒提供浮力，采用平行弹簧—阻尼器单元作为浮筒连接上层船体的“悬架”系统，上层船体由前、后拱以及船体主干构成，前拱和船体主干之间用球铰连接，而后拱则与主干固连。如同汽车一样，悬架系统可用于衰减高振幅的低频振动，而可变形的充气浮筒能够衰减低振幅高频振动，除此之外，上层船体的关节运动也能一定程度上隔离波浪对船体的突然冲击，借助上述设计该船体的耐波性得到大大提高。独特的“拱形”结构使两浮筒间拥有较大的空间，这一特点非常有利于船上救捞设备的安装，尤其适合便于封闭空间布置的绳驱并联机构。图1-1波浪自适应双体船图1-2波浪自适应双体船关节运动图1-3波浪下的船体运动绳驱并联机构承载能力强、工作空间大、运动速度快且机动灵活，十分适合作为本项目船用救捞设备。该机构完全依靠绳索带动移动平台，电机卷扬等绳索驱动系统被固定在下平台，大幅减轻了机构的运动负载，从而容易获得高加速度。通过驱动卷扬转动来缠绕绳索，以控制绳长变化，降低了机构的设计安装难度和建造成本。在封闭空间内，绳索并联机构能够实现移动平台的较高精度控制，可轻松完成例如搬运、轨迹跟踪等任务。船体在风浪作用下会发生例如升沉、纵摇和横荡等耦合运动[2]，相比于固
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向自动仓储的绳索牵引并联机器人构型选择与参数优化[J]. 张飞,张彬,周烽,尚伟伟,丛爽. 机械工程学报. 2020(01)
[2]求解柔索驱动并联机构最大任务空间的区间分析法[J]. 邹愉,张玉茹,王党校. 机械工程学报. 2014(05)
[3]七索并联对接机构作业空间分析及索力优化设计[J]. 唐乐为,唐晓强,汪劲松,柴晓明. 机械工程学报. 2012(21)
[4]基于索力优化的FAST柔索牵引并联机构的静力学分析[J]. 李辉,朱文白,潘高峰. 工程力学. 2011(04)
[5]柔索牵引并联机构的静刚度分析[J]. 李辉,朱文白. 机械工程学报. 2010(03)
[6]绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制[J]. 刘攀,张立勋,王克义,张今瑜. 哈尔滨工程大学学报. 2009(07)
[7]风洞试验绳牵引冗余并联机器人的刚度增强与运动控制[J]. 刘欣,仇原鹰,盛英. 航空学报. 2009(06)
[8]500m球反射面射电望远镜FAST[J]. 南仁东. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2005(05)
博士论文
[1]基于绳牵引并联机构的六自由度波浪补偿关键技术研究[D]. 吕伟.国防科技大学 2017
[2]冗余驱动索并联机构矢量力输出特性研究[D]. 王伟方.清华大学 2016
[3]六自由度并联波浪补偿系统设计与控制关键技术研究[D]. 胡永攀.国防科学技术大学 2015
[4]绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D]. 郑亚青.华侨大学 2004
本文编号：3256081
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