船用吊運機械臂作為貨物轉(zhuǎn)運與海洋施工的重要設備,受風浪等海上惡劣環(huán)境影響,其末端會出現(xiàn)定位失準和載荷搖擺等問題,嚴重影響了海上作業(yè)的效率以及操縱安全。本文以此為出發(fā)點,結(jié)合校企合作項目“海洋物流裝備智能控制平臺研究”（編號2016-WS301）,在實驗室環(huán)境下搭建了近海船用吊運機械臂的工況模擬與運動補償平臺,并對船舶運動工況模擬與吊運機械臂補償控制進行深入的研究。首先,本文以六自由度并聯(lián)平臺作為船舶運動工況模擬平臺,將六軸工業(yè)機械臂改裝為吊運機械臂,設計與搭建了吊運機械臂工況模擬和運動補償平臺。其次,建立了海浪譜和船舶剛體運動模型,通過Unigine軟件仿真生成船舶模擬平臺運動的橫搖、縱搖、升沉信號。為實現(xiàn)船舶模擬運動平臺控制,建立了六自由度平臺正逆運動學模型,其中正運動學采用牛頓-拉夫遜迭代法求解,并通過實例進行解算驗證。在平臺的單支鏈電動缸控制方法上,提出了前饋補償PID位置控制算法,并通過控制理論以及Matlab仿真分析了前饋補償PID控制算法相對于PID控制在跟蹤和響應性能上的優(yōu)越性。然后,建立了整個系統(tǒng)平臺的全局坐標系,通過正運動學齊次變換描述全局坐標系下工況模擬平臺激勵引起... 

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

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

起重機吊運作業(yè)

在海洋工程中，海上起重機、集成轉(zhuǎn)載平臺等吊運機械臂廣泛用于運輸、裝配維修及并靠補給等海上作業(yè)[1]。隨著我國海洋經(jīng)濟的發(fā)展，吊運機械臂在船舶重作業(yè)（如圖 1.1 所示）中的應用更加廣泛[2]。然而受到風、流、浪等環(huán)境因，船艦在惡劣的海洋環(huán)境下會產(chǎn)生橫蕩、縱蕩、升沉和橫搖、縱搖、艏搖六個運動[3]（如圖 1.2 所示），不同于安裝在固定底座的吊運機械臂，船舶平臺的非，使得機械臂須承受較大的慣性力，引起機械臂的載荷搖擺，影響其定位精度和操縱安全性，一旦操縱失誤或機械發(fā)生故障很容易造成嚴重事故[4]。特別是況下發(fā)生大浪沖擊時，大的慣性使得通過人工操縱來實現(xiàn)機械臂穩(wěn)定的控制幾實現(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在培訓上，會浪費大量的資源和時間成本。因此為了避免或者改善類似情況，充分利及信息技術(shù)，設計和研制新一代具有海浪補償功能海上補給系統(tǒng)和吊運裝置，外未來海上工程裝備來說具有深遠的意義和迫切的需要[5]。

圖 1.3 美國 Lakehurst 船舶運動模擬器 圖 1.4 360 北極星艦橋模擬此之外，美國 National Biodynamics Laboratory 研制了 MOOG2000E 型船舶模擬器[13]，其動力來源為 6 個大動力的導軌電缸，下平臺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個自由度的隨2000E 的最大承載能力為 1 噸，其極限運動參數(shù)見表 1.1。表 1.1 MOOG2000E 運動參數(shù)橫搖 縱搖 艏搖 橫蕩 縱蕩 升沉25° 25° 23° 0.3m 0.28m 0.18m蘭應用科學研究組織也開發(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)作為動力源，該運動裝置重點在于位移的模擬，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用目的不同的。哈工大早期針對海洋工程領(lǐng)域船舶的運動規(guī)律進行了算法研究，并設計

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]六自由度電動運動平臺精度分析補償及控制策略研究[D]. 孫文利.國防科學技術(shù)大學 2017
[2]模擬器中車輛動力學與六自由度平臺聯(lián)合仿真技術(shù)研究[D]. 魏春雨.浙江大學 2013
[3]動力吸振式深海采礦主動升沉補償系統(tǒng)設計及控制研究[D]. 李流軍.中南大學 2012

碩士論文
[1]海浪補償模擬系統(tǒng)的優(yōu)化設計及實驗分析[D]. 劉香福.吉林大學 2018
[2]基于信任模型的機器人共享控制研究[D]. 朱厚文.吉林大學 2017
[3]船用起重機主動升沉補償預報算法與實驗研究[D]. 段江嘩.湘潭大學 2016
[4]海上過駁平臺起重機吊重擺角檢測與防擺控制研究[D]. 許軍成.江蘇大學 2016
[5]四自由度并聯(lián)平臺位姿跟蹤控制研究[D]. 程拓.燕山大學 2016
[6]起重船海浪擾動及補償系統(tǒng)研究[D]. 王盼.哈爾濱工程大學 2016
[7]基于模糊PID控制的船舶搖擺仿真平臺研究[D]. 張斌斌.大連海事大學 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 2015
[9]并聯(lián)四自由度艦載穩(wěn)定平臺特性及控制研究[D]. 蘇士如.燕山大學 2014
[10]多自由度運動平臺控制系統(tǒng)設計[D]. 韓勝男.南京航空航天大學 2014



本文編號：3275112