船用吊運(yùn)機(jī)械臂作為貨物轉(zhuǎn)運(yùn)與海洋施工的重要設(shè)備,受風(fēng)浪等海上惡劣環(huán)境影響,其末端會(huì)出現(xiàn)定位失準(zhǔn)和載荷搖擺等問題,嚴(yán)重影響了海上作業(yè)的效率以及操縱安全。本文以此為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合校企合作項(xiàng)目“海洋物流裝備智能控制平臺(tái)研究”（編號(hào)2016-WS301）,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了近海船用吊運(yùn)機(jī)械臂的工況模擬與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償平臺(tái),并對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)工況模擬與吊運(yùn)機(jī)械臂補(bǔ)償控制進(jìn)行深入的研究。首先,本文以六自由度并聯(lián)平臺(tái)作為船舶運(yùn)動(dòng)工況模擬平臺(tái),將六軸工業(yè)機(jī)械臂改裝為吊運(yùn)機(jī)械臂,設(shè)計(jì)與搭建了吊運(yùn)機(jī)械臂工況模擬和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償平臺(tái)。其次,建立了海浪譜和船舶剛體運(yùn)動(dòng)模型,通過Unigine軟件仿真生成船舶模擬平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的橫搖、縱搖、升沉信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)船舶模擬運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制,建立了六自由度平臺(tái)正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,其中正運(yùn)動(dòng)學(xué)采用牛頓-拉夫遜迭代法求解,并通過實(shí)例進(jìn)行解算驗(yàn)證。在平臺(tái)的單支鏈電動(dòng)缸控制方法上,提出了前饋補(bǔ)償PID位置控制算法,并通過控制理論以及Matlab仿真分析了前饋補(bǔ)償PID控制算法相對(duì)于PID控制在跟蹤和響應(yīng)性能上的優(yōu)越性。然后,建立了整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的全局坐標(biāo)系,通過正運(yùn)動(dòng)學(xué)齊次變換描述全局坐標(biāo)系下工況模擬平臺(tái)激勵(lì)引起... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

起重機(jī)吊運(yùn)作業(yè)

在海洋工程中，海上起重機(jī)、集成轉(zhuǎn)載平臺(tái)等吊運(yùn)機(jī)械臂廣泛用于運(yùn)輸、裝配維修及并靠補(bǔ)給等海上作業(yè)[1]。隨著我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，吊運(yùn)機(jī)械臂在船舶重作業(yè)（如圖 1.1 所示）中的應(yīng)用更加廣泛[2]。然而受到風(fēng)、流、浪等環(huán)境因，船艦在惡劣的海洋環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生橫蕩、縱蕩、升沉和橫搖、縱搖、艏搖六個(gè)運(yùn)動(dòng)[3]（如圖 1.2 所示），不同于安裝在固定底座的吊運(yùn)機(jī)械臂，船舶平臺(tái)的非，使得機(jī)械臂須承受較大的慣性力，引起機(jī)械臂的載荷搖擺，影響其定位精度和操縱安全性，一旦操縱失誤或機(jī)械發(fā)生故障很容易造成嚴(yán)重事故[4]。特別是況下發(fā)生大浪沖擊時(shí)，大的慣性使得通過人工操縱來實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂穩(wěn)定的控制幾實(shí)現(xiàn)，只能停止操縱作業(yè)等待更好的天氣條件，而且大量的資源被花費(fèi)在培訓(xùn)上，會(huì)浪費(fèi)大量的資源和時(shí)間成本。因此為了避免或者改善類似情況，充分利及信息技術(shù)，設(shè)計(jì)和研制新一代具有海浪補(bǔ)償功能海上補(bǔ)給系統(tǒng)和吊運(yùn)裝置，外未來海上工程裝備來說具有深遠(yuǎn)的意義和迫切的需要[5]。

圖 1.3 美國(guó) Lakehurst 船舶運(yùn)動(dòng)模擬器 圖 1.4 360 北極星艦橋模擬此之外，美國(guó) National Biodynamics Laboratory 研制了 MOOG2000E 型船舶模擬器[13]，其動(dòng)力來源為 6 個(gè)大動(dòng)力的導(dǎo)軌電缸，下平臺(tái)固定于地基并與虎克鉸方式鉸接。它能夠通過自身的多自由度模擬海浪上6個(gè)自由度的隨2000E 的最大承載能力為 1 噸，其極限運(yùn)動(dòng)參數(shù)見表 1.1。表 1.1 MOOG2000E 運(yùn)動(dòng)參數(shù)橫搖 縱搖 艏搖 橫蕩 縱蕩 升沉25° 25° 23° 0.3m 0.28m 0.18m蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織也開發(fā)了一種海浪模擬裝置[14]，體積大小為4.0 2.4 壓控制系統(tǒng)作為動(dòng)力源，該運(yùn)動(dòng)裝置重點(diǎn)在于位移的模擬，在極限位移自留有很大余量，其橫搖為 30°，縱搖為 40°，升降為 1m。內(nèi)基于海浪模擬裝置的研究很早，出現(xiàn)了模擬不同海浪和應(yīng)用目的不同的。哈工大早期針對(duì)海洋工程領(lǐng)域船舶的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了算法研究，并設(shè)計(jì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于復(fù)合前饋模糊PID的位置伺服系統(tǒng)研究[J]. 郝歡,秦磊,武帥,匡紹龍,季愛明.  測(cè)控技術(shù). 2018(12)
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[6]基于卡爾曼濾波的主動(dòng)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)研究[J]. 解迎剛,王曉,曾佳佳,侯金夢(mèng).  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2015(21)
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博士論文
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[2]模擬器中車輛動(dòng)力學(xué)與六自由度平臺(tái)聯(lián)合仿真技術(shù)研究[D]. 魏春雨.浙江大學(xué) 2013
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碩士論文
[1]海浪補(bǔ)償模擬系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)分析[D]. 劉香福.吉林大學(xué) 2018
[2]基于信任模型的機(jī)器人共享控制研究[D]. 朱厚文.吉林大學(xué) 2017
[3]船用起重機(jī)主動(dòng)升沉補(bǔ)償預(yù)報(bào)算法與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 段江嘩.湘潭大學(xué) 2016
[4]海上過駁平臺(tái)起重機(jī)吊重?cái)[角檢測(cè)與防擺控制研究[D]. 許軍成.江蘇大學(xué) 2016
[5]四自由度并聯(lián)平臺(tái)位姿跟蹤控制研究[D]. 程拓.燕山大學(xué) 2016
[6]起重船海浪擾動(dòng)及補(bǔ)償系統(tǒng)研究[D]. 王盼.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[7]基于模糊PID控制的船舶搖擺仿真平臺(tái)研究[D]. 張斌斌.大連海事大學(xué) 2015
[8]電液伺服并聯(lián)六自由度船舶模擬器控制研究[D]. 李繼東.燕山大學(xué) 2015
[9]并聯(lián)四自由度艦載穩(wěn)定平臺(tái)特性及控制研究[D]. 蘇士如.燕山大學(xué) 2014
[10]多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 韓勝男.南京航空航天大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3275112