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串并联三自由度稳定平台结构的研究
| 论文题名： | 串并联三自由度稳定平台结构的研究 |
| 关键词： | 稳定平台;串并联三自由度;并联机构;运动学;动力学;结构设计;有限元分析;直升机降落 |
| 摘要： | 船舶在海上航行时受到海浪的影响会在船体纵向和横向产生较大幅度摇摆，给直升机降落带来较大困难，为给直升机安全降落提供一个保持相对地面稳定的引导光束，本文设计一种新型三自由度稳定平台，通过一个两自由度并联机构串联一个方位机构实现，具有消除船体纵向、横向的摇摆运动和根据直升机来向调整方位角的功能。 首先，分析国内外稳定平台的研究现状，针对稳定平台的功能和设计要求，结合现有并联稳定平台结构形式、驱动方式、工作原理，提出一种可绕两正交轴线转动的具有被动链形式的两自由度并联机构串联一对齿轮传动的方位机构的总体机构方案；该方案具有结构紧凑、折算传动比大、负载惯性力矩对电机特性影响小、传动精度高等特点。为统一驱动机构、提高整体集成度，设计模块化电动推杆；并根据机构特点和功能要求设计总体控制方案。 其次，对两自由度并联机构运用坐标变换法进行运动学分析，建立运动学逆解和正解模型，通过对运动约束方程求导得到速度雅克比矩阵。利用 MATLAB/Simulink工具和UG软件分别建立运动学仿真模型和三维结构模型，同时进行运动学仿真分析得出相同结果，验证结构参数设计的准确性。通过运动学分析得到推杆伸缩位移与平台摆角之间的关系，明确纵摇对横摇产生的影响。采用拉格朗日法建立两自由度并联机构动力学方程，通过 MATLAB/SimMechanics工具对并联机构进行动力学仿真，验证电机驱动能力的有效性，并分析两自由度并联机构的工作空间。借助UG高级仿真功能对关键零件进行有限元分析，验证零件尺寸参数设计的合理性。 然后，结合机构特点和工作原理分析影响动平台姿态角度误差的因素，采用对运动约束方程等式两边关键变量同时求偏微分的方法，建立两自由度并联机构的误差模型。通过对误差模型的仿真分析，明确各误差源对动平台姿态误差影响的程度，并完成对误差的合理分配。分析影响杆长误差的因素，给出了提高齿轮传动和丝杠传动精度的方法。 最后，根据所设计的参数，研制三自由度稳定平台实验样机。搭建基于 dSPACE半物理仿真系统的实验平台，分别完成电动推杆精度测试实验和稳定平台开环测试及闭环测试实验，得到与预期相近的误差曲线，验证机构方案和结构参数设计的合理性。 |
| 作者： | 蒋延达 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张立勋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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