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绳牵引并联机构若干问题的理论分析及其船模拖曳应用研究
| 论文题名： | 绳牵引并联机构若干问题的理论分析及其船模拖曳应用研究 |
| 关键词： | 船舶;绳牵引并联机构;拖曳水池;支撑力;阻力;运动旋量 |
| 摘要： | 本文对绳牵引并联机构研究现状的成果和存在不足进行分析的基础上，以拖曳水池中船模支撑和阻力测试采用绳牵引并联机构作为研究目的，对绳牵引并联机构的自由度、构型和位姿正解、工作空间、机构刚度、机构灵敏度五个方面进行理论分析和数值计算。 基于旋量互易理论对空间绳并联机构末端执行器的自由度进行了系统的研究，通过运动旋量求出互易旋量系的约束空间，应用提出的公式计算绳牵引并联机构末端执行器的自由度。对绳牵引并联机构的基本组成单元定义符合后，通过构型图谱将不同末端执行器的机构进行分类和归纳。在绳牵引并联机构的位姿求解中，通过线性消元，得到六个仅含三个变量的4次方程组，采用Groebner基法对4次方程组进行数值计算，得到正解的解算。 在结构矩阵的基础上对矢量力封闭、多项式和拉力优化的工作空间的约束条件进行了分析，针对前两种种拉力变化不连续甚至发生突变的情况，提出了拉力优化算法，也成为控制算法中的重要拉力分配方法。并用体积系数评价末端执行器的定姿态工作空间、体积力系数来衡量方位工作空间。 建立了绳牵引并联机构的完整刚度模型，通过旋量矩阵的参数化分析，改变旋量矩阵中的参数提高某个方向的刚度。运动轨迹下，加速度、角加速度和非线性哥氏离心力矩对动态刚度的影响是通过影响绳索拉力值的变化来体现，刚度变化非常明显。 基于旋量矩阵的动力学方程，建立了拉力变化与灵敏度系数的分析流程图。通过参数化分析通用性绳牵引并联机构的平均灵敏度系数，得到了最佳比例系数。对一代WPDSS-8绳牵引并联机构，通过增大其Y轴的坐标值，能够提高灵敏度。对二代WPDSS-8绳牵引并联机构，增加宽度和高度尺寸也能提高灵敏度。 最后，对六自由度绳牵引并联机构在拖曳水池中的船模支撑和阻力测试的应用进行分析。确定了外形几何尺寸和构型，分析了位姿误差、拉力误差对解算外力旋量精确性的影响。对加载试验采集数据的解算，获取了船模所受到的载荷，结果表明拖曳水池中的模型支撑和阻力测试采用绳牵引并联机构替代平面机构是可行的。 |
| 作者： | 陈清林 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 林麒 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 厦门大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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