马鞍型并联跟踪台的若干关键技术研究

发布时间：2020-08-31 11:24

　　为满足对运动目标进行多自由度跟踪的需求,并联跟踪台技术逐渐发展起来。本文主要围绕具备一个平移自由度和两个旋转自由度的并联跟踪台即马鞍型并联跟踪台中的若干关键技术进行探讨,主要有拓扑结构、可视化参数化设计方法、运动学和动力学建模、自动控制和手动介入控制方法以及标定技术。研究机构的拓扑结构是实现机构布局优化设计的关键,其目的是通过建立机构的拓扑特性衍生出能够实现所需要求的可能机构,而后通过判定准则从可能机构中优选出最佳布局方案。本文以单开链拓扑理论为基础,依据并联机构拓扑设计准则,着重对能够实现空间三自由度运动的并联机构的拓扑特性进行研究,给出了一种新型的呈马鞍型并联支撑布局的并联跟踪机构方案,即马鞍型并联跟踪台。机构尺寸的优化设计是通过参数化设计方法来实现。本文以空间两坐标系变换关系原理为依据,构建了马鞍型并联跟踪台的位置逆解模型,并以该模型为核心,提出了一种基于简化结构的并联跟踪台可视化、参数化设计方法。实验表明,该方法不但能够实现马鞍型并联跟踪台的尺寸优化设计、而且能够扩展应用到多自由度并联机构的尺寸优化设计中去。运动学和动力学建模和分析是研究机构动态特性的主要方面。本文概述了目前各种运动学和动力学方法各自的特点及适用范围,提出了一种基于点运动合成理论的运动学建模方法,并采用Kane方法建立了动力学模型。就模型的实现方法:编程实现方法和虚拟样机技术方法进行了分析和比较,在两者实现同等效果的基础上,以效率更高的虚拟样机技术实现方法为基础,通过仿真实验得到了反映马鞍型并联跟踪台动态特性的一系列运动学和动力学性能数据,为后续的跟踪控制系统各零部件的选型和系统搭建提供了理论依据。控制环节在跟踪系统的设计中占有重要地位,控制的好坏将直接决定跟踪的最终效果。本文首先依据已得到的运动学和动力学仿真实验数据完成了跟踪控制系统的硬件结构设计和系统搭建,而后,根据目标跟踪机理,以位置逆解模型实现了跟踪台的自动控制,并进行了自动控制实验,实验验证了模型的有效性。手动控制方面,分析了现有手控方法的特点和不足,提出了一种交互性更强的基于二轴操纵杆的手动介入控制方法,利用空间几何关系获取控制信息,结合操纵杆摆动方向与跟踪台运动方向间建立的映射关系,实现了跟踪台与人手的协同动作和控制。实现并联跟踪台的高精度跟踪和定位是通过对并联跟踪台的标定来实现。本文采用双CCD组合测量方法对马鞍型并联跟踪台的运动重复性精度进行了实验验证。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH112
【部分图文】：

框架图,目标跟踪系统,框架,跟踪台

部分实现功能的不同，可以将其划为分图像采集子系统和跟踪台子系统两部分。其中，跟踪台子系统又可划分为机械结构单元和运动控制单元两部分。整个系统的框架结构如图1-1所示。[1]图 1-1 目标跟踪系统框架图1-1描述了图像采集子系统和跟踪台子系统各自实现的功能。对运动目标进行跟踪就是通过两个子系统共同作用来实现的，即通过图像采集子系统来实时获取运动目标的位置和姿态控制信号，该信号就作为控制信号来实时控制跟踪台对准运动目标，进而实现目标跟踪功能。本课题的研究将根据运动载体上实现对运动目标进行跟踪的实际需求，重点对跟踪台子系统部分的若干关键技术进行研究，探讨目标跟踪并联技术实现的新途径。- 1 -第02期刘峰：马鞍型并联跟踪台的若干关键技术研究 C029-2-5

示意图,嵌套结构,转台,嵌套

究现状与进展内外普遍采用的跟踪台技术。多年来研究工作，应用各种不同的理论，研制或者三个自由度的转台方面的技术的典型代表。转台在其机构组成方面构，其结构嵌套示意图如图 1-2 改变三个嵌套环（或两个嵌套环，二三个嵌套环（或两个嵌套环）分别角度，分别为方位角、俯仰角和偏环嵌套结构转台实现，其工作原理的方位轴、偏摆轴和俯仰轴旋转，进待跟踪的运动目标。其中，控制用系统采集并处理得到。[ 2 3]

三轴转台,领域,目标跟踪,转台

高的速度和精度，因此，转台技术已被广泛的应用在惯性导航领域、飞行姿态仿真系统和目标跟踪等众多领域。其中，在目标跟踪领域中，现有的目标跟踪系统几乎都是通过对转台的控制来实现对运动目标跟踪的。图1-3是一种三轴转台，其技术指标如表1-1所示。[4]- 2 -相关博士学位论文 2011年第02期工程科技Ⅱ辑 C029-2-6

【参考文献】