海洋平台钻机自动抓管吊机的动力学分析

发布时间：2019-09-04 11:51

【摘要】：随着海洋平台钻井作业水深的不断增加，钻井所需要的钻杆数量也相应增加，钻井作业的时间和费用也随之增加，对钻台工人来说，劳动强度增加危险性增大。海洋平台钻机自动抓管吊机使得工作人员远离了恶劣的工作环境和危险区域，提高了整体作业的安全性。用机械来代替人工完成相关操作，能够实现操作过程的自动化，在减轻工作人员劳动强度的同时，也能提高工作效率，缩短作业周期，降低作业成本。本文将海洋平台钻机自动抓管吊机看做一台6自由度的机器人，采用机器人D-H方法建立机构各个连杆的坐标系，应用齐次坐标变换矩阵描述连杆坐标系之间的相对位置和方向，并求得该自动抓管吊机的运动学方程。已知末端位姿，采用反变换法进行运动学反解，进而得到各个关节的关节角。应用MATLAB中的机器人工具箱对自动抓管吊机的运动学模型进行仿真。将6自由度的机构模型进行简化，利用简化结构后的多刚体动力学模型，进行动力学分析，推导出基于拉格朗日方程的第1—第5杆的动力学方程组。基于ADAMS平台的虚拟样机仿真，考虑重力、转动惯量、风吹袭力和海浪升沉载荷，得到了自动抓管吊机的一系列有价值参数。通过上述几方面的工作，本研究确定了海洋平台钻机自动抓管吊机的内臂和外臂尺寸；确定了机构系统的运动方式为匀加速-匀速-匀减速方式；在ADAMS平台上得到自动抓管吊机作业过程中末端夹持器、外臂和内臂的速度、加速度、角速度和角加速度曲线；基于ADAMS的虚拟样机仿真，得到各关节的受力和力矩情况。自动抓管吊机的动力学分析对于其轨迹规划、运动学和动力学仿真都具有重要意义，同时对自动抓管吊机现场应用也具有指导作用。通过仿真得到运动学、动力学参数的变化情况，从而为进一步理论研究提供依据。这些对于从力学方面研究自动抓管吊机具有重要作用，对实际设计、研发和操作具有指导意义。
【图文】：

几何位置,左乘,参考坐标,坐标

图 2-3 几何位置关系有连杆机构来决定，所以大多数。建立某一个坐标系 AS ，空间 Tp，，zppAp xy的参考坐标系。的参考坐标中的坐标值不同，或标系之间的变换。如下是基本P '的坐标等于旧坐标 PA左乘一 pRotzpAA' , 001sincos0cossin0, Rot z

定义方法,坐标系,连杆,参数

00010010,Rot z 如下： 0001001010100,,cbaTrans abc上述矩阵可以完成不同坐标系的转动和平动的组合变换。参数的 D-H 定义方法及机构杆系的坐标变换（Denavit-Hartenberg）表示法是用来描述相邻各杆件之间的转动和平关节处的杆件坐标系建立 4 4的齐次变换矩阵，该变换矩阵表示它与关系。这样逐次变换，，用“手部坐标”表示末端执行器就可被上述方标表示。如图 2-4 所示的坐标定义法，建立第i杆与第 i 1杆的附体坐标系：
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P742;TP242

【参考文献】