臂式发射机构运动学分析及控制技术研究

发布时间：2023-02-24 10:54

　　现代遥控武器战的发展逐渐趋近于轻型化、智能化,且对灵活度和杀伤力的要求越来越高,对目标的指向精度也提出了更高的要求。基于此种趋势和需求,无人遥控武器平台和枪塔的指向精度已然成为世界各国研究的热点,当前对遥控武器指向精度的研究发展迅速,但发射机构的空间灵活度、体积轻小型化以及执行机构的可靠性是当前遥控武器战研究的重点。研究以基于发射臂的无人平台为对象,以敌方有生力量和轻型装甲为作战目标,重点解决发射机构的灵活性和轻型化,以及火力指向的问题。首先对臂式发射机构和整体无人作战平台进行总体设计,选用关节速度分别为120°/s、80°/s、80°/s的三轴六自由度机械臂作为平台的发射机构,使其达到回转-俯仰-俯仰的功能。对此发射臂建立D-H坐标建立,以及正、逆运动学分析,在Matlab中完成初步进行建模;并对臂式发射机构和无人平台及跟踪系统三者之间进行坐标转换的研究。其次通过对发射臂进行关节空间和笛卡尔运动轨迹的仿真以及关节力矩仿真,可知关节运动速度可达80～120°/s,符合设计要求。并且在关节空间内进行五次多项式插补较三次多项式插补得到的关节运动学曲线更为平滑,末端执行器的速度和角速度随时间...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 国外相关技术进展
        1.2.2 国内发展现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本章小结
2 臂式发射机构平台总体方案设计
    2.1 臂式发射机构总体方案设计
        2.1.1 臂式发射机构组成及功能
        2.1.2 臂式发射机构设计要求及参数
    2.2 轻武器指向无人平台总体设计方案
        2.2.1 无人化轻武器指向系统组成
        2.2.2 轻武器指向无人平台的机械结构
    2.3 本章小结
3 臂式发射机构运动学分析
    3.1 臂式发射平台机械臂设计优化
        3.1.1 臂式发射机构长度设计及优化
        3.1.2 臂式发射机构建模
    3.2 臂式发射机构运动学分析
        3.2.1 D-H坐标系建立
        3.2.2 正运动学分析及建模
        3.2.3 逆运动学分析
        3.2.4 臂式发射机构工作空间分析
    3.3 臂式发射机构机械臂单关节控制
    3.4 臂式发射机构机械臂反步控制
    3.5 臂式发射平台空间定位技术研究
        3.5.1 臂式发射平台与运动目标坐标转换
        3.5.2 臂式发射平台与光电跟踪系统坐标转换
    3.6 臂式发射机构姿态控制
        3.6.1 臂式发射机构姿态控制概述
        3.6.2 臂式发射机构运动控制
    3.7 本章小结
4 臂式发射机构空间运动轨迹规划
    4.1 发射臂关节空间轨迹规划
        4.1.1 三次多项式插值
        4.1.2 五次多项式插值
        4.1.3 关节空间轨迹规划仿真
    4.2 发射臂笛卡尔空间轨迹规划
        4.2.1 梯形速度插补
        4.2.2 笛卡尔空间轨迹规划仿真
    4.3 臂式发射机构传动系统整体仿真
        4.3.1 发射臂关节力矩仿真
        4.3.2 基于robotics toolbox的工作空间仿真
    4.4 本章小结
5 机械臂变结构PID控制及仿真分析
    5.1 随动系统设计
        5.1.1 随动系统简述
        5.1.2 随动系统模型
    5.2 轻武器无人平台随动系统控制
        5.2.1 概述
        5.2.2 电流调节器设计
        5.2.3 速度调节器设计
        5.2.4 变结构PID位置调节器设计
    5.3 随动系统动态仿真分析
        5.3.1 阶跃运动仿真
        5.3.2 正弦运动仿真
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢



本文编号：3748731