海上漂浮2-HUS/U并联平台动力学分析
发布时间：2021-07-31 08:45
针对小型化、灵活投放海上漂浮平台的平衡稳定控制需求,提出了一种具备空间二维稳定的2-HUS/U并联平台,其HUS支链为驱动支链,U为恰约束从动支链,采用滚珠丝杆驱动机构。设计的2自由度无冗余结构,为平台的快速稳定平衡提供保证,采用螺旋理论分析验证了2-HUS/U并联平台自由度;根据平台的约束方程导出了位置逆解和Jacobian矩阵,分析了平台的速度、加速度特性和可达工作空间,利用刚体的拉格朗日方法对该平台进行了动力学分析。通过数值算例对并联平台的运动学和动力学分析结果进行了数值求解。结果表明,该平台具备三级波浪10°/s波频的调平能力,满足三级波浪10°波倾角的稳定需求;在45°波倾角和10°/s的波频下,负载需求驱动力为15 000 N,满足海上漂浮平台高负载的驱动需求。通过系统整体的分析,表明所提出的海上平台满足三级海洋环境的需求。
【文章来源】：农业机械学报. 2016,47(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
HUS/U并联平台简图
平台动坐标系原点的距离P=600mm，则B1、B2相对于固定坐标系的坐标为(－Ｒ，0，B1Z)、(0，Ｒ，B2Z)，A1、A2相对于动坐标系的坐标为(－Ｒ，0，0)、(0，Ｒ，0)。以上确定了平台的参数，若令上平台的两自由度转角α、β为输出，当给定不同的输出转角、速度和角速度时，可反解求得定平台两螺帽相应的输入也不相同。相应图中动平台的输出转角为α、β，此时下平台螺帽的输入为(L1，L2);设输出的角速度为α、β，运动规律为α(t)=π4sin(ωt+t0)β(t)=π4sinω{t则图2为输入螺帽位移随时间的变化曲线，图3为输入螺帽速度随时间的变化曲线，图4为输入螺帽加速度随时间的变化曲线。图2螺帽位移随时间变化曲线Fig．2Displacementofscrewcap图3螺帽速度随时间变化曲线Fig．3Velocityofscrewcap由图可知，螺帽的位移、速度、加速度曲线均按图4螺帽加速度随时间变化曲线Fig．4Accelerationofscrewcap照正余弦规律变化，与动平台运动规律吻合，螺帽位移中心在0.165m附近，与实际值相符，同时每个螺帽的位移、速度、加速度曲线也相对应，验证了所建立模型的正确性。由图3可以看出螺帽最大调平速度为12°/s，具有三级海洋环境下10°/s波频的调平能力。3并联平台可达工作空间分析并联平台的位置工作空间［14］是指上平台在空间可以达到的关于下平台定坐标系的位置集合，影响并联平台可达工作空间的主要因素有:螺帽位置、球面副转角限制、负载允许最大转角和平台之间的干涉。考虑运动学模型(11)，当给定平台参数时，平台工作空间为满足以下条件的集合。max(zi)≤zmaxmin(zi)≥zminmax(θ1i)≤θ1max(α、β)≤(α1、β1)(19)
B1、B2相对于固定坐标系的坐标为(－Ｒ，0，B1Z)、(0，Ｒ，B2Z)，A1、A2相对于动坐标系的坐标为(－Ｒ，0，0)、(0，Ｒ，0)。以上确定了平台的参数，若令上平台的两自由度转角α、β为输出，当给定不同的输出转角、速度和角速度时，可反解求得定平台两螺帽相应的输入也不相同。相应图中动平台的输出转角为α、β，此时下平台螺帽的输入为(L1，L2);设输出的角速度为α、β，运动规律为α(t)=π4sin(ωt+t0)β(t)=π4sinω{t则图2为输入螺帽位移随时间的变化曲线，图3为输入螺帽速度随时间的变化曲线，图4为输入螺帽加速度随时间的变化曲线。图2螺帽位移随时间变化曲线Fig．2Displacementofscrewcap图3螺帽速度随时间变化曲线Fig．3Velocityofscrewcap由图可知，螺帽的位移、速度、加速度曲线均按图4螺帽加速度随时间变化曲线Fig．4Accelerationofscrewcap照正余弦规律变化，与动平台运动规律吻合，螺帽位移中心在0.165m附近，与实际值相符，同时每个螺帽的位移、速度、加速度曲线也相对应，验证了所建立模型的正确性。由图3可以看出螺帽最大调平速度为12°/s，具有三级海洋环境下10°/s波频的调平能力。3并联平台可达工作空间分析并联平台的位置工作空间［14］是指上平台在空间可以达到的关于下平台定坐标系的位置集合，影响并联平台可达工作空间的主要因素有:螺帽位置、球面副转角限制、负载允许最大转角和平台之间的干涉。考虑运动学模型(11)，当给定平台参数时，平台工作空间为满足以下条件的集合。max(zi)≤zmaxmin(zi)≥zminmax(θ1i)≤θ1max(α、β)≤(α1、β1)(19)式中θ1———球面副的需用转角
【参考文献】：
期刊论文
[1]非惯性系下舰载稳定平台动力学建模及特性分析[J]. 刘晓,赵铁石,高佳伟. 机器人. 2014(04)
[2]基于拉格朗日方法的飞行器多体分离姿态动力学分析研究[J]. 王鑫,袁晓光,杨星. 西北工业大学学报. 2014(01)
[3]4-SPS/PPU型并联机构工作空间与尺度分析[J]. 季晔,刘宏昭,原大宁. 农业机械学报. 2013(11)
[4]海洋风电支撑结构的随机性动力优化设计[J]. 卢其进,杨和振. 振动与冲击. 2013(17)
[5]一种并联式稳定平台的运动仿真[J]. 李珂翔,张合. 计算机仿真. 2013(08)
[6]空间4-SPS/CU并联机构运动学分析[J]. 王庚祥,原大宁,刘宏昭,吴现卫. 农业机械学报. 2012(03)
[7]3-PRR柔性并联机构动力学分析[J]. 贾晓辉,田延岭,张大卫. 农业机械学报. 2010(10)
[8]随机海浪模型仿真[J]. 郭惜久,程翔. 四川兵工学报. 2010(08)
[9]浮式海洋结构的应用与前景[J]. 王振宇,张彪,刘国华. 中国海洋平台. 2009(01)
[10]基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析[J]. 王卫忠,赵杰,高永生,蔡鹤皋. 机械工程学报. 2008(11)
硕士论文
[1]舰载稳定平台伺服系统设计与研究[D]. 任天辉.厦门大学 2014
[2]海上浮式风机平台稳性及锚泊系统性能研究[D]. 邓慧静.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3313147
【文章来源】：农业机械学报. 2016,47(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
HUS/U并联平台简图
平台动坐标系原点的距离P=600mm，则B1、B2相对于固定坐标系的坐标为(－Ｒ，0，B1Z)、(0，Ｒ，B2Z)，A1、A2相对于动坐标系的坐标为(－Ｒ，0，0)、(0，Ｒ，0)。以上确定了平台的参数，若令上平台的两自由度转角α、β为输出，当给定不同的输出转角、速度和角速度时，可反解求得定平台两螺帽相应的输入也不相同。相应图中动平台的输出转角为α、β，此时下平台螺帽的输入为(L1，L2);设输出的角速度为α、β，运动规律为α(t)=π4sin(ωt+t0)β(t)=π4sinω{t则图2为输入螺帽位移随时间的变化曲线，图3为输入螺帽速度随时间的变化曲线，图4为输入螺帽加速度随时间的变化曲线。图2螺帽位移随时间变化曲线Fig．2Displacementofscrewcap图3螺帽速度随时间变化曲线Fig．3Velocityofscrewcap由图可知，螺帽的位移、速度、加速度曲线均按图4螺帽加速度随时间变化曲线Fig．4Accelerationofscrewcap照正余弦规律变化，与动平台运动规律吻合，螺帽位移中心在0.165m附近，与实际值相符，同时每个螺帽的位移、速度、加速度曲线也相对应，验证了所建立模型的正确性。由图3可以看出螺帽最大调平速度为12°/s，具有三级海洋环境下10°/s波频的调平能力。3并联平台可达工作空间分析并联平台的位置工作空间［14］是指上平台在空间可以达到的关于下平台定坐标系的位置集合，影响并联平台可达工作空间的主要因素有:螺帽位置、球面副转角限制、负载允许最大转角和平台之间的干涉。考虑运动学模型(11)，当给定平台参数时，平台工作空间为满足以下条件的集合。max(zi)≤zmaxmin(zi)≥zminmax(θ1i)≤θ1max(α、β)≤(α1、β1)(19)
B1、B2相对于固定坐标系的坐标为(－Ｒ，0，B1Z)、(0，Ｒ，B2Z)，A1、A2相对于动坐标系的坐标为(－Ｒ，0，0)、(0，Ｒ，0)。以上确定了平台的参数，若令上平台的两自由度转角α、β为输出，当给定不同的输出转角、速度和角速度时，可反解求得定平台两螺帽相应的输入也不相同。相应图中动平台的输出转角为α、β，此时下平台螺帽的输入为(L1，L2);设输出的角速度为α、β，运动规律为α(t)=π4sin(ωt+t0)β(t)=π4sinω{t则图2为输入螺帽位移随时间的变化曲线，图3为输入螺帽速度随时间的变化曲线，图4为输入螺帽加速度随时间的变化曲线。图2螺帽位移随时间变化曲线Fig．2Displacementofscrewcap图3螺帽速度随时间变化曲线Fig．3Velocityofscrewcap由图可知，螺帽的位移、速度、加速度曲线均按图4螺帽加速度随时间变化曲线Fig．4Accelerationofscrewcap照正余弦规律变化，与动平台运动规律吻合，螺帽位移中心在0.165m附近，与实际值相符，同时每个螺帽的位移、速度、加速度曲线也相对应，验证了所建立模型的正确性。由图3可以看出螺帽最大调平速度为12°/s，具有三级海洋环境下10°/s波频的调平能力。3并联平台可达工作空间分析并联平台的位置工作空间［14］是指上平台在空间可以达到的关于下平台定坐标系的位置集合，影响并联平台可达工作空间的主要因素有:螺帽位置、球面副转角限制、负载允许最大转角和平台之间的干涉。考虑运动学模型(11)，当给定平台参数时，平台工作空间为满足以下条件的集合。max(zi)≤zmaxmin(zi)≥zminmax(θ1i)≤θ1max(α、β)≤(α1、β1)(19)式中θ1———球面副的需用转角
【参考文献】：
期刊论文
[1]非惯性系下舰载稳定平台动力学建模及特性分析[J]. 刘晓,赵铁石,高佳伟. 机器人. 2014(04)
[2]基于拉格朗日方法的飞行器多体分离姿态动力学分析研究[J]. 王鑫,袁晓光,杨星. 西北工业大学学报. 2014(01)
[3]4-SPS/PPU型并联机构工作空间与尺度分析[J]. 季晔,刘宏昭,原大宁. 农业机械学报. 2013(11)
[4]海洋风电支撑结构的随机性动力优化设计[J]. 卢其进,杨和振. 振动与冲击. 2013(17)
[5]一种并联式稳定平台的运动仿真[J]. 李珂翔,张合. 计算机仿真. 2013(08)
[6]空间4-SPS/CU并联机构运动学分析[J]. 王庚祥,原大宁,刘宏昭,吴现卫. 农业机械学报. 2012(03)
[7]3-PRR柔性并联机构动力学分析[J]. 贾晓辉,田延岭,张大卫. 农业机械学报. 2010(10)
[8]随机海浪模型仿真[J]. 郭惜久,程翔. 四川兵工学报. 2010(08)
[9]浮式海洋结构的应用与前景[J]. 王振宇,张彪,刘国华. 中国海洋平台. 2009(01)
[10]基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析[J]. 王卫忠,赵杰,高永生,蔡鹤皋. 机械工程学报. 2008(11)
硕士论文
[1]舰载稳定平台伺服系统设计与研究[D]. 任天辉.厦门大学 2014
[2]海上浮式风机平台稳性及锚泊系统性能研究[D]. 邓慧静.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3313147
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