重载并联稳定平台构型综合与轨迹规划研究

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1、中图分类号：U666.12+1学校代码：10216UDC：621密级：公开工学博士学位论文重载并联稳定平台构型综合与轨迹规划研究博士研究生：苑飞虎导师：赵铁石教授申请学位：工学博士学科专业：机械电子工程所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-I-ADissertationinMechanicalandElectronicEngineeringTYPESYNTHESISANDTRAJECTORYPLANNINGINVESTIGATIONONHEAVY-LOADPARALLELSTABILIZINGP

2、LATFORMbyYuanFeihuSupervisor:ProfessorZhaoTieshiYanshanUniversityMay,2015-II-燕山大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《重载并联稳定平台构型综合与轨迹规划研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学博

3、士学位论文使用授权书《重载并联稳定平台构型综合与轨迹规划研究》系本人在燕山大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：

4、日期：年月日-III-燕山大学工学博士学位论文摘要火箭在海洋运输过程中，受到海浪扰动的影响，会产生较大的倾斜和振动。稳定平台可以隔离船体摇荡对箭体的作用，保证箭体及箭载设备的运输安全。本文针对现有稳定平台产品载荷小，难以用于火箭运输的问题开展研究，主要内容如下：对并联机构的力传递性和承载能力进行了分析。给出并联机构力传递性的概念，定义了力传递性评价指标，提出一种计算标准化模型所能承受最大外力极值的方法。根据运动形式的不同，将并联机构的承载能力分为静态承载能力和动态承载能力，并给出计算方法。力传递性和承载能力相结合，可为重载并联

5、机构的设计和评价提供指导。对适用于重载的并联机构多输入驱动方式进行了研究。首先根据冗余驱动力性质和对动平台作用效果的不同，提出两种冗余驱动的分类方法。基于不同类型的冗余驱动，综合出动平台静载平衡伴随冗余驱动、关节静载平衡伴随冗余驱动、重力平衡主动冗余驱动三种适用于重载的冗余驱动方式。提出一种多输入非冗余驱动方式，综合出多输入非冗余驱动单元和驱动分支。以上述驱动方式为基础构造了六种并联机构，对于其中分支自由度大于6的3(2UPS-R)/PU机构进行了详细分析。基于旋量理论开展非惯性系下并联机构跃度的研究。定义了刚体的空间跃度、物

6、体跃度和耦合物体跃度，并证明空间跃度和耦合物体跃度是旋量，而物体跃度不是旋量。推导出多刚体系统的跃度伴随变换和伴随映射表达式，得到了稳定平台系统各刚体间的跃度变换关系。建立了并联机构跃度映射模型，得到表征这种映射的三阶影响系数矩阵。结合稳定平台系统刚体之间跃度变换和并联机构跃度映射，得到了非惯性系下并联机构的跃度映射模型。根据刚体角速度与欧拉角时间导数的关系，建立了刚体角跃度与欧拉角三阶时间导数的映射。研究了非惯性系下稳定平台的轨迹规划方法。利用准均匀分布B样条曲线的特点，建立了动平台运动参数的线性约束，以动平台跃度与稳定平台

7、主动关节跃度的加权平方和最小为目标求解样条曲线的控制顶点，进而得到运输过程中动平台相对惯性系的运动规律。介绍了稳定平台地面试验系统的电气和软件控制系统。参与研制了地面试验系统，在此基础上开展实验研究，验证了增加配重可以有效的提高机构的承载能力。将稳定平台动平台在惯性系中的等效运动在地面试验系统上实现，验证了所得运动轨迹的可行性。-IV-摘要关键词：并联稳定平台；重载；力传递性；多输入；非惯性系；跃度映射；轨迹规划-V-燕山大学工学博士学位论文AbstractUndertheinfluenceofthewavedisturban

8、ce,therocketcouldproducelargerslopeandvibrationduringtheoceantransportation.Stabilizedplatformcanisolatetheinfluenceofthehulloscillationon