起重機(jī)是海洋運(yùn)輸作業(yè)的重要設(shè)備,主要用于海上艦船之間的貨物吊裝、魚(yú)類(lèi)導(dǎo)彈的裝填,然而艦船在風(fēng)浪干擾下會(huì)發(fā)生六自由度的搖蕩運(yùn)動(dòng),對(duì)起重機(jī)的安全作業(yè)帶來(lái)重大影響。繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有負(fù)載質(zhì)量比高和多自由度運(yùn)動(dòng)能力的優(yōu)點(diǎn)�；谏鲜霰尘�,結(jié)合繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),本文對(duì)并聯(lián)繩索吊裝系統(tǒng)展開(kāi)研究,目的是補(bǔ)償?shù)跹b過(guò)程中的搖蕩運(yùn)動(dòng),提升海上吊裝的安全性。論文首先描述了繩索吊裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征,在上平臺(tái)運(yùn)動(dòng)情況下,采用矢量封閉法建立了非慣性系和慣性系下的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,在非慣性系模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了電機(jī)轉(zhuǎn)速與平臺(tái)運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系;在修正經(jīng)典的庫(kù)倫粘滯摩擦模型的基礎(chǔ)上,建立了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型;采用牛頓歐拉法建立了慣性系下繩索吊裝系統(tǒng)的單剛體動(dòng)力學(xué)模型,并采用Simulink/Adams聯(lián)合仿真的方式驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。針對(duì)系統(tǒng)慣性參數(shù)未知的問(wèn)題,建立了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)平臺(tái)待辨識(shí)參數(shù)的線(xiàn)性化模型,并推導(dǎo)了線(xiàn)性化模型的最小二乘解;針對(duì)參數(shù)辨識(shí)過(guò)程中數(shù)據(jù)獲取的問(wèn)題,采用傅里葉級(jí)數(shù)為系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào),并提出了運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)保證繩索張力為正、處于工作空間內(nèi)部等要求。在負(fù)載慣性參數(shù)已知的情況下,結(jié)合控制目標(biāo),重新推導(dǎo)了系統(tǒng)的... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

海上鉆井平臺(tái)貨物吊裝

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1第1章緒論1.1課題的來(lái)源本課題來(lái)源于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電液伺服仿真與試驗(yàn)系統(tǒng)研究所與航天五院的預(yù)研橫向課題，該課題主要目的是設(shè)計(jì)一種懸掛式繩索驅(qū)動(dòng)的六自由度海上吊裝平臺(tái)，該吊裝平臺(tái)用于海上艦船之間的物品轉(zhuǎn)運(yùn)及魚(yú)雷導(dǎo)彈裝填裝載，最終應(yīng)能在4級(jí)海況的環(huán)境下，安全完成裝載及吊裝任務(wù)。1.2課題研究的背景和意義新世紀(jì)以來(lái)，海洋充分顯示出其在資源環(huán)境和空間上的優(yōu)勢(shì)，直接影響著各國(guó)經(jīng)濟(jì)和世界的可持續(xù)發(fā)展，并且即將成為影響國(guó)家戰(zhàn)略安全的一個(gè)重要因素[1]。海洋作為連接各個(gè)國(guó)家一個(gè)重要樞紐，不僅為世界提供了大量的生物資源和礦產(chǎn)資源，還成為世界各國(guó)貿(mào)易往來(lái)的一個(gè)重要通道，對(duì)海洋資源的占有和利用逐漸成為衡量一個(gè)國(guó)家實(shí)力的重要指標(biāo)。我國(guó)作為海洋大國(guó)，擁有遼闊的海域和富饒的海藏資源，海洋運(yùn)輸業(yè)繁忙，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)外貿(mào)貨物運(yùn)輸總量的90%通過(guò)港口海運(yùn)完成[2]。在海洋運(yùn)輸作業(yè)當(dāng)中，起重機(jī)與吊裝機(jī)是海洋運(yùn)輸和輪船補(bǔ)給的重要設(shè)備，主要用于海上吊裝作業(yè)。海上吊裝作業(yè)主要包括地面或者海上平臺(tái)向船舶吊裝貨物、海上船舶與船舶之間的貨物吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)，例如地面向船舶裝載貨物、海上鉆井平臺(tái)貨物吊裝（圖1-1）、海上船舶之間的貨物（圖1-2）吊裝與補(bǔ)給等。圖1-1海上鉆井平臺(tái)貨物吊裝圖1-2海上船舶貨物吊裝在吊裝作業(yè)中，船舶受到波浪的擾動(dòng)力后，會(huì)發(fā)生六個(gè)自由度的搖蕩運(yùn)動(dòng)，分別為平動(dòng)自由度的橫蕩、縱蕩、升沉和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的橫堯縱堯艏搖（如

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2圖1-3所示）[3]，從而對(duì)吊裝作業(yè)的安全性和精確性產(chǎn)生極大的影響。例如，在海上風(fēng)電設(shè)備安裝時(shí)（如圖1-4），雖然安裝基座處于固定不動(dòng)的狀態(tài)，但是扇葉在從船舶向基座進(jìn)行吊裝時(shí)，由于波浪導(dǎo)致船體的搖蕩運(yùn)動(dòng)，使得扇葉與船舶基座之間產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，干擾正常的安裝，如果不消除這些運(yùn)動(dòng)，安裝過(guò)程中將存在巨大的安全隱患。圖1-3海浪引起的六自由度運(yùn)動(dòng)圖1-4海上風(fēng)機(jī)吊裝為了安全、有效、精確的進(jìn)行海上吊裝作業(yè)，必須采取一定的措施消除吊裝平臺(tái)與目標(biāo)基體之間的六自由度搖蕩運(yùn)動(dòng)�，F(xiàn)有的絕大多數(shù)吊裝系統(tǒng)都只具有單一自由度方向升沉運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償或抑制擺動(dòng)等功能，對(duì)于外部的干擾，例如風(fēng)等，具有較弱的抵抗能力，沒(méi)有辦法消除吊裝平臺(tái)與目標(biāo)基體之間的六自由度相對(duì)運(yùn)動(dòng),在精度、效率和安全性上都無(wú)法滿(mǎn)足海上補(bǔ)給日益增長(zhǎng)的需求。因此研究一種能補(bǔ)償船舶與目標(biāo)基體之間六自由度運(yùn)動(dòng)的吊裝系統(tǒng)對(duì)海上吊裝作業(yè)是有重大實(shí)用價(jià)值的。針對(duì)上述的問(wèn)題，將繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)引入吊裝系統(tǒng)，利用繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)本身的六自由度運(yùn)動(dòng)能力和抗擺能力解決上述問(wèn)題。如圖1-5所示，并聯(lián)機(jī)構(gòu)由基座、末端執(zhí)行器和連接兩者并行運(yùn)動(dòng)鏈組成。相比于串聯(lián)機(jī)器人，由于采用了多條并行運(yùn)動(dòng)鏈相連接的形式，有效的解決了串聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)誤差累計(jì)的問(wèn)題，具有高精度的優(yōu)點(diǎn)；此外還具有有大剛度、強(qiáng)承載能力、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)[4],同時(shí)也有工作空間較孝靈活性差、運(yùn)動(dòng)耦合等缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)構(gòu)以在航空的飛行模擬、并聯(lián)機(jī)床、坦克駕駛模擬和外科手術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。如圖1-6所示，本文所研究的繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)屬于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個(gè)分支，繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)使用柔性繩索代替了傳統(tǒng)的剛性連桿，由于繩索的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度一般沒(méi)有限制，并且繩索?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于自適應(yīng)模糊的繩索姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（英文）[J]. 王威舒,孟立凡,張志東.  Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2019(02)
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博士論文
[1]六自由度并聯(lián)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 胡永攀.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015

碩士論文
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本文編號(hào)：3503217