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原文传递动基座条件下防摆技术研究

论文题名：	动基座条件下防摆技术研究
关键词：	船用起重机;纵摇运动;关节变量;运动学模型;吊重;非线性方程组;求解;动力学模型;轮船;齐次坐标变换;机器人;液压缸驱动;起重机结构;起重机吊臂;机构运动学;参考坐标系;作业;知识基础;运用范围;运动特点
摘要：	本课题来源于船用起重机防摆技术研究，在海洋作业中，船用起重机在波浪的作用下会使吊重大幅摆动，这会使海上作业被迫停止，甚至发生重大的海上事故。因此，船用起重机的防摆问题越来越受到人们的关注。本文根据拉格朗日方程建立了船用起重机吊重摆动的动力学模型，并在无任何防摆措施下对吊重的摇摆情况进行分析，得到的结论是船用起重机吊绳的长度和轮船横、纵摇运动的频率对船用起重机吊重系统动力学响应有很大的影响，这为船用起重机的防摆手段提供了重要依据。针对轮船的横摇、纵摇运动所导致的吊重晃动问题，解决的方法是在船用起重机结构上改进行改进，即在起重机吊臂上增加两个旋转关节来补偿轮船的横摇和纵摇运动所导致的起重机端头的晃动。本文在齐次坐标变换理论和机器人机构运动学以及动力学知识基础上，结合船用起重机的工作特点来解决吊重系统的防摆动问题。基于船用起重机的运动学模型是在船舶摇摆情况下建立的，本文运用机器人学中广泛利用的D-H方法在动基座条件下建立了运动学模型，不仅拓宽了D-H方法运用范围，而且简化了船用起重机的运动学模型。通过对运动学方程的求解和船用起重机的运动特点建立了数学算法，该算法是利用起重机关节变量的变化使起重机在工作状态时保证起重机末端位置始终保持对参考坐标系的X方向和Y轴方向上的相对静止，最终达到起重机的防摆要求。　　求解关节变量是文章核心内容之一，灵活利用运动学模型中矩阵变换和D-H方法，是求解关节变量的主要手段。文中将矩阵转换后的结果转化为关于关节变量的非线性方程组，结合船用起重机液压缸驱动关节实际情况，有针对性的对非线性方程组进行近似处理，最终求解出关节变量的解。显然，所求变量的解是近似解。变量求解的过程非常复杂，求关节变量的解时是分别在轮船横摇运动、纵摇运动以及横、纵摇运动情况下进行的，而且对于解的结果进行了分析验证。船用起重机的防摆是一个非常复杂的过程，要考虑的因素很多，否则会造成重大的事故。本文最后对船用起重机吊重防摆效果进行了仿真。最后得出了船用起重机的防摆效果是十分明显的。
作者：	李天鹰
专业：	导航、制导与控制
导师：	史震
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文