5自由度船舶靠泊装置运动学及工作空间分析
发布时间：2021-06-30 11:27
为提高船舶靠泊安全系数,减少大型船舶靠泊事故的发生,设计一种以"两转动一平移3-RPU"并联机构为主体结构的5自由度船舶靠泊装置。基于螺旋理论和修正G-K公式,计算出并联机构的自由度;利用齐次位姿变换建立各连杆矢量方程,推导出并联机构位置正反解数学表达式,基于位置反解表达式求出并联机构的雅克比矩阵,并根据雅克比矩阵对3-RPU机构的3类运动学奇异性进行分析;建立机构驱动关节速度与动平台速度之间的关系,对正反解的研究结果进行数值验证,并运用MATLAB对位置和速度反解进行仿真;采用蒙特卡洛法求解并联机构的可达工作空间,运用MATLAB编程绘制出工作空间三维图和截面图,验证了3-RPU并联机构的可行性,为3-RPU并联机构的应用提供理论依据。
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
5自由度船舶靠泊装置结构简图
图1 5自由度船舶靠泊装置结构简图为了完成3-RPU并联机构的自由度计算和位置分析，分别建立动坐标系t-xyz和定坐标系S-XYZ。原点S和t分别是B1B3和b1b3的中点，X方向由S指向B3,Z方向垂直于B1、B2、B3确定的平面向上，根据右手定则确定Y方向；同理，建立动坐标系t-xyz。B1B2B3和b1b2b3为等腰直角三角形，则定平台上B1、B2和B3位置矢量表示为(XB1,0,0)、(0,YB2,0)和(XB3,0,0)，初始位形下b1、b2和b3在定坐标系中位置矢量为(Xb1,0,Zb1)、(0,Yb2,Zb2)和(Xb3,0,Zb3),XB1=-XB3,Xb1=-Xb3,Zb1=Zb2=Zb3=Z。
图3a)表示动平台仅沿Z轴移动时，3条支链长度相等且呈线性变化；图3b)表示动平台绕x轴呈正弦规律转动时，支链1和支链3长度固定，支链2的长度随时间呈周期性变化；图3c)表示动平台绕y轴呈正弦规律转动时，支链1和支链3长度随时间呈对称周期性变化，支链2的长度保持不变；图3d)表示动平台同时在2个方向呈正弦规律变化时，支链1和支链3长度呈对称周期性变化，支链2的长度呈先上升后下降的周期性变化；图3e)表示动平台在3个方向同时运动时各支链长度的变化规律。3.3 3-RPU并联机构位置正解
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型舰船海上靠泊用潜没式护舷设计[J]. 张新福,赵珍强,黄海波. 船舶工程. 2018(S1)
[2]五自由度混联机器人逆动力学分析[J]. 张东胜,许允斗,姚建涛,赵永生. 农业机械学报. 2017(09)
[3]船舶T字型靠泊码头碰撞安全性分析[J]. 劳军,成海亮,姚森俊. 水道港口. 2016(05)
[4]船舶自动靠泊控制研究综述[J]. 张强,张显库. 大连海事大学学报. 2015(03)
[5]大型船舶辅助靠泊仪设计[J]. 彭国均,刘洋,张杏谷,吴勇军,樊明辉. 交通运输工程学报. 2012(06)
[6]气液混合型靠泊护舷研究[J]. 赵珍强,张海洋,刘刚. 船舶工程. 2011(S2)
[7]对称4自由度3R1T并联机构雅可比分析[J]. 李秦川,胡旭东,陈巧红,武传宇. 机械工程学报. 2009(04)
[8]两平移一转动并联机构位置及工作空间分析[J]. 余顺年,马履中. 农业机械学报. 2005(08)
[9]KINEMATICS FEATURE ANALYSIS OF A 3-DOF COMPLIANT MECHANISM FOR MICRO MANIPULATION[J]. Yu JingjunHu YidaBi ShushengZong GuanghuaRobotics Institute,Beijing University of Aeronauticsand Astronautics,Beijing 100083, ChinaZhao WeiDepartment of Mechanical Engineering,University of Saskatchewan,Saskatoon SK S7N 5A9, Canada. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2004(01)
本文编号：3257660
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
5自由度船舶靠泊装置结构简图
图1 5自由度船舶靠泊装置结构简图为了完成3-RPU并联机构的自由度计算和位置分析，分别建立动坐标系t-xyz和定坐标系S-XYZ。原点S和t分别是B1B3和b1b3的中点，X方向由S指向B3,Z方向垂直于B1、B2、B3确定的平面向上，根据右手定则确定Y方向；同理，建立动坐标系t-xyz。B1B2B3和b1b2b3为等腰直角三角形，则定平台上B1、B2和B3位置矢量表示为(XB1,0,0)、(0,YB2,0)和(XB3,0,0)，初始位形下b1、b2和b3在定坐标系中位置矢量为(Xb1,0,Zb1)、(0,Yb2,Zb2)和(Xb3,0,Zb3),XB1=-XB3,Xb1=-Xb3,Zb1=Zb2=Zb3=Z。
图3a)表示动平台仅沿Z轴移动时，3条支链长度相等且呈线性变化；图3b)表示动平台绕x轴呈正弦规律转动时，支链1和支链3长度固定，支链2的长度随时间呈周期性变化；图3c)表示动平台绕y轴呈正弦规律转动时，支链1和支链3长度随时间呈对称周期性变化，支链2的长度保持不变；图3d)表示动平台同时在2个方向呈正弦规律变化时，支链1和支链3长度呈对称周期性变化，支链2的长度呈先上升后下降的周期性变化；图3e)表示动平台在3个方向同时运动时各支链长度的变化规律。3.3 3-RPU并联机构位置正解
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型舰船海上靠泊用潜没式护舷设计[J]. 张新福,赵珍强,黄海波. 船舶工程. 2018(S1)
[2]五自由度混联机器人逆动力学分析[J]. 张东胜,许允斗,姚建涛,赵永生. 农业机械学报. 2017(09)
[3]船舶T字型靠泊码头碰撞安全性分析[J]. 劳军,成海亮,姚森俊. 水道港口. 2016(05)
[4]船舶自动靠泊控制研究综述[J]. 张强,张显库. 大连海事大学学报. 2015(03)
[5]大型船舶辅助靠泊仪设计[J]. 彭国均,刘洋,张杏谷,吴勇军,樊明辉. 交通运输工程学报. 2012(06)
[6]气液混合型靠泊护舷研究[J]. 赵珍强,张海洋,刘刚. 船舶工程. 2011(S2)
[7]对称4自由度3R1T并联机构雅可比分析[J]. 李秦川,胡旭东,陈巧红,武传宇. 机械工程学报. 2009(04)
[8]两平移一转动并联机构位置及工作空间分析[J]. 余顺年,马履中. 农业机械学报. 2005(08)
[9]KINEMATICS FEATURE ANALYSIS OF A 3-DOF COMPLIANT MECHANISM FOR MICRO MANIPULATION[J]. Yu JingjunHu YidaBi ShushengZong GuanghuaRobotics Institute,Beijing University of Aeronauticsand Astronautics,Beijing 100083, ChinaZhao WeiDepartment of Mechanical Engineering,University of Saskatchewan,Saskatoon SK S7N 5A9, Canada. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2004(01)
本文编号：3257660
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