為滿足對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行多自由度跟蹤的需求,并聯(lián)跟蹤臺(tái)技術(shù)逐漸發(fā)展起來。本文主要圍繞具備一個(gè)平移自由度和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的并聯(lián)跟蹤臺(tái)即馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討,主要有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、可視化參數(shù)化設(shè)計(jì)方法、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、自動(dòng)控制和手動(dòng)介入控制方法以及標(biāo)定技術(shù)。 研究機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,其目的是通過建立機(jī)構(gòu)的拓?fù)涮匦匝苌瞿軌驅(qū)崿F(xiàn)所需要求的可能機(jī)構(gòu),而后通過判定準(zhǔn)則從可能機(jī)構(gòu)中優(yōu)選出最佳布局方案。本文以單開鏈拓?fù)淅碚摓榛A(chǔ),依據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)準(zhǔn)則,著重對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)空間三自由度運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)涮匦赃M(jìn)行研究,給出了一種新型的呈馬鞍型并聯(lián)支撐布局的并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)方案,即馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)。 機(jī)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)是通過參數(shù)化設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)。本文以空間兩坐標(biāo)系變換關(guān)系原理為依據(jù),構(gòu)建了馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)的位置逆解模型,并以該模型為核心,提出了一種基于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的并聯(lián)跟蹤臺(tái)可視化、參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)表明,該方法不但能夠?qū)崿F(xiàn)馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)、而且能夠擴(kuò)展應(yīng)用到多自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)中去。 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模和分析是研究機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的主要方面。本文概述了目前各種運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法各自的特點(diǎn)及適用范圍,提出了一種基于點(diǎn)運(yùn)動(dòng)合成理論的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法,并采用Kane方法建立了動(dòng)力學(xué)模型。就模型的實(shí)現(xiàn)方法:編程實(shí)現(xiàn)方法和虛擬樣機(jī)技術(shù)方法進(jìn)行了分析和比較,在兩者實(shí)現(xiàn)同等效果的基礎(chǔ)上,以效率更高的虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法為基礎(chǔ),通過仿真實(shí)驗(yàn)得到了反映馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的一系列運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能數(shù)據(jù),為后續(xù)的跟蹤控制系統(tǒng)各零部件的選型和系統(tǒng)搭建提供了理論依據(jù)。 控制環(huán)節(jié)在跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占有重要地位,控制的好壞將直接決定跟蹤的最終效果。本文首先依據(jù)已得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成了跟蹤控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)搭建,而后,根據(jù)目標(biāo)跟蹤機(jī)理,以位置逆解模型實(shí)現(xiàn)了跟蹤臺(tái)的自動(dòng)控制,并進(jìn)行了自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。手動(dòng)控制方面,分析了現(xiàn)有手控方法的特點(diǎn)和不足,提出了一種交互性更強(qiáng)的基于二軸操縱桿的手動(dòng)介入控制方法,利用空間幾何關(guān)系獲取控制信息,結(jié)合操縱桿擺動(dòng)方向與跟蹤臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向間建立的映射關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了跟蹤臺(tái)與人手的協(xié)同動(dòng)作和控制。 實(shí)現(xiàn)并聯(lián)跟蹤臺(tái)的高精度跟蹤和定位是通過對(duì)并聯(lián)跟蹤臺(tái)的標(biāo)定來實(shí)現(xiàn)。本文采用雙CCD組合測(cè)量方法對(duì)馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)的運(yùn)動(dòng)重復(fù)性精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH112
【部分圖文】：

部分實(shí)現(xiàn)功能的不同，可以將其劃為分圖像采集子系統(tǒng)和跟蹤臺(tái)子系統(tǒng)兩部分。其中，跟蹤臺(tái)子系統(tǒng)又可劃分為機(jī)械結(jié)構(gòu)單元和運(yùn)動(dòng)控制單元兩部分 。整個(gè)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。[1]圖 1-1 目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)框架圖1-1描述了圖像采集子系統(tǒng)和跟蹤臺(tái)子系統(tǒng)各自實(shí)現(xiàn)的功能。對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤就是通過兩個(gè)子系統(tǒng)共同作用來實(shí)現(xiàn)的，即通過圖像采集子系統(tǒng)來實(shí)時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和姿態(tài)控制信號(hào)，該信號(hào)就作為控制信號(hào)來實(shí)時(shí)控制跟蹤臺(tái)對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤功能。本課題的研究將根據(jù)運(yùn)動(dòng)載體上實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的實(shí)際需求，重點(diǎn)對(duì)跟蹤臺(tái)子系統(tǒng)部分的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，探討目標(biāo)跟蹤并聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新途徑。- 1 -第02期 劉峰：馬鞍型并聯(lián)跟蹤臺(tái)的若干關(guān)鍵技術(shù)研究 C029-2-5

究現(xiàn)狀與進(jìn)展內(nèi)外普遍采用的跟蹤臺(tái)技術(shù)。多年來研究工作，應(yīng)用各種不同的理論，研制或者三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)臺(tái)方面的技術(shù)的典型代表。轉(zhuǎn)臺(tái)在其機(jī)構(gòu)組成方面構(gòu) ，其結(jié)構(gòu)嵌套示意圖如圖 1-2 改變?nèi)齻�(gè)嵌套環(huán)（或兩個(gè)嵌套環(huán)，二三個(gè)嵌套環(huán)（或兩個(gè)嵌套環(huán)）分別角度，分別為方位角、俯仰角和偏環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)，其工作原理的方位軸、偏擺軸和俯仰軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)待跟蹤的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。其中，控制用系統(tǒng)采集并處理得到。[ 2 3]

高的速度和精度，因此，轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用在慣性導(dǎo)航領(lǐng)域、飛行姿態(tài)仿真系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤等眾多領(lǐng)域。其中，在目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域中，現(xiàn)有的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)幾乎都是通過對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的。圖1-3是一種三軸轉(zhuǎn)臺(tái) ，其技術(shù)指標(biāo)如表1-1所示。[4]- 2 -相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第02期 工程科技Ⅱ輯 C029-2-6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐習(xí)龍;林可勃;賈妮;李忠;;結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中的模塊化設(shè)計(jì)[J];四川建筑科學(xué)研究;2005年06期

2 高洪;趙韓;;并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論研究綜述[J];安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年01期

3 史長(zhǎng)虹,張建民,張同莊,郝娟,范宇,鄒秋玲,賈東云;變軸數(shù)控機(jī)床重復(fù)定位精度評(píng)定策略探討[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2001年04期

4 趙亮;3-TPT并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)研究[J];遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào);2005年01期

5 孟祥志,孫奕澎,黃瑋,蔡光起;新型三腿并聯(lián)機(jī)床的速度及加速度分析[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);2003年03期

6 陳麗;Stewart平臺(tái)6-DOF并聯(lián)機(jī)器人完整動(dòng)力學(xué)模型的建立[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2004年03期

7 王學(xué)軍;多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2002年03期

8 印金國(guó);;Matlab可視化界面設(shè)計(jì)與控件使用[J];電腦編程技巧與維護(hù);2007年01期

9 蔣威威,賈建援;三軸跟蹤瞄準(zhǔn)裝置的機(jī)電動(dòng)力學(xué)仿真[J];電子科技;2005年04期

10 王樂鋒;榮偉彬;孫立寧;;三支鏈六自由度并聯(lián)柔性鉸微動(dòng)機(jī)器人的研究[J];光學(xué)精密工程;2007年04期

本文編號(hào)：2808730