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重载安装车结构方案设计及翻转机构抑振轨迹规划研究
| 论文题名： | 重载安装车结构方案设计及翻转机构抑振轨迹规划研究 |
| 关键词： | 重载安装车;多柔体系统动力学;多目标优化;翻转抑振;轨迹跟踪 |
| 摘要： | 针对国家XXX重大专项工程，为实现主机装置上光电组件的安装并保证安装作业过程中的装配精度、作业效率与安全性，本课题提出一种可应用于狭窄空间内进行高精度重载安装作业的新型车载式安装装备，该装备能够满足精密光电组件安装任务的需求，弥补了现有工程机械高精度安装应用场景的不足。 本文结合模块化设计思想设计了由六个子机构集成的重载安装车，其具备全向行走及粗、精进给等多个运动自由度。通过计算作业包络空间，本文证实了其对安装任务的运动可达性；并利用ANSYSWorkbench对整机进行了结构刚强度分析，仿真了整机在极限工作位姿下承受4.5吨重载时的结构变形和受应力情况，结果满足使用需求；对整机中的翻转电动缸进行了结构稳定性验算；对负载平台进行了模态分析，得到其在铰接约束下的前六阶固有频率，为监测其同外界共振提供了判断依据。 考虑到负载平台自身挠性，其作业时不可避免地会产生弹性振动，从而影响安装作业的精度与效率，为此，本文以抑制负载平台垂向残余振动为主要目标，对翻转机构进行了刚柔耦合动力学研究。根据实际约束条件，基于FFRF浮动坐标系相对描述方法对其进行了刚柔耦合多体系统动力学建模，对系统动能、广义弹性力、广义外力以及约束方程进行了分析并求得系统质量矩阵、刚度矩阵、外力阵、约束Jacobian阵，基于第一类Lagrange乘子法得到系统总动力学方程，并采用广义α方法编写了动力学求解器；再以负载平台垂向振幅、运动时间与动力功耗为优化面，基于五段五次多项式曲线与NSGA-Ⅱ多目标寻优算法规划出了综合性能好的抑振轨迹，其较常规单段五次多项式轨迹下运动的负载平台垂向残余振动幅度下降了一个数量级，且在驱动器最大使用功率上优化了约11.3%，本文最后通过Adams核验了结果的准确性。 就轨迹跟踪控制的实现，本文建立了翻转机构双级电动缸的数学模型，并且结合内模控制、“有功阻尼”与模糊控制策略对电流环、速度环以及位置环进行了控制器设计，并对给定的优化轨迹进行了突加外扰的抗扰轨迹跟踪控制仿真，取得了极佳的轨迹跟踪及抗外扰效果。 本文提供了能解决主机装置精密组件安装难题的设备设计及运动轨迹优化方案，对未来同类工程设备的机械结构设计及抑振轨迹规划具有积极的参考意义。 |
| 作者： | 王文超 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 薛渊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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