多起重机协作柔索并联吊装装备力学性能与协调控制研究

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1、博士学位论文多起重机协作柔索并联吊装装备力学性能与协调控制研究ResearchonMechanicalPerformanceandCoordinatedControlofCableParallelManipulatorforMultipleCoorperativeCranes作者：钱森导师：訾斌教授中国矿业大学二〇一五年十二月中图分类号TH21学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学博士学位论文多起重机协作柔索并联吊装装备力学性能与协调控制研究ResearchonMechanicalPerformanceandCoordinatedCo

2、ntrolofCableParallelManipulatorforMultipleCoorperativeCranes作者钱森导师訾斌申请学位工学博士培养单位机电工程学院学科专业机械电子工程研究方向并联机器人动力学答辩委员会主席朱如鹏评阅人二○一五年十二月论文审阅认定书研究生钱森在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢光阴似箭，日月

3、如梭，转眼间在母校已求学九载，这里的一草一木都伴随着我成长，教会我感恩。回首攻读博士学位的旅程，艰辛而充实，我的每一点进步，都离不开老师和亲友的支持和帮助，论文完成之际，谨此致以深深的谢意！首先感谢我的导师訾斌教授。本文从研究课题的确立、研究方向的展开到最终完成的过程中得到了訾斌老师的悉心指导和全力支持。五年前第一次叩开您办公室的门，我幸运地成为了您的学生，从师五载，收获颇丰，作为我科研道路的领路人，訾斌老师渊博的理论知识、严谨的治学态度、求实的工作作风、敏锐的学术眼光都深深的影响着我，激励着我，使我受益终生。訾斌老师指导下的研究生经历，为

4、我今后的科研工作打下了坚实的基础。您在生活上教会我的道理、工作上给予我的帮助，我将永远牢记于心！感谢参加国际会议期间来自加拿大安大略理工大学的张丹教授和燕山大学的丁华锋教授在课题研究方面给予的指导和鼓励！感谢师兄曹建斌博士在学习上的关心和鼓励！感谢山显雷博士在并联机器人动力学与控制方面进行的有益探讨和在论文撰写方面提供的帮助和建议！感谢刘浩硕士、陈桥硕士、贾宁硕士、贲清伟硕士在实验阶段付出的艰辛劳动！感谢我最亲爱的父母，你们无私的支持给了我勇气，帮助我克服科研、工作、生活中遇到的种种困难。你们无声的爱给了我动力，驱动我攀登人生更高的山峰。谁

5、言寸草心，报得三春晖，尽管如此，我唯有一直向前，报答一生。最后，感谢百忙之中抽出宝贵时间参与论文评审和答辩的各位专家!摘要随着工程任务的日益艰巨，在很多特殊工况下，单体起重机无法较好地完成吊装任务。同时近年来单体起重机在构型、材料和控制系统等方面的快速发展使得多起重机协作吊装作业成为可能，多台起重机协作吊装越来越多地应用于工程中。然而多起重机的耦合增加了吊装作业的复杂程度、指挥难度和危险性，极易导致碰撞、倾覆等重大连锁事故，因此保证起重机协作吊装的协调控制十分重要。本文依托国家自然科学基金“大型重载起重吊装空间协作柔索并联构型装备机构的动态

6、性能分析与协调控制技术研究(项目编号：51275515)”项目，深入开展多起重机协作柔索并联吊装装备的动力学、性能指标和协调控制等方面的研究，为多起重机协作柔索并联吊装装备的稳定高效作业提供理论支持和技术方案。首先，以柔索并联机构的角度对多起重机协作柔索并联吊装装备进行分析。根据工程应用需求，在柔索并联机构自由度理论的基础上设计多起重机协作柔索并联吊装装备(3R3T构型)和多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型)，并提出可行的协作吊装方案。在运动学分析的基础上，分别采用达朗贝尔原理和拉格朗日方程对多起重机协作柔索并联吊装装备进行动力学分析，

7、得到了两种构型装备的动力学特性，包括卷扬系统、变幅系统和回转系统的动作和负载变化规律。数值仿真结果表明，由于多起重机协作柔索并联吊装装备(3R3T构型)的欠约束构型，其钢丝绳张紧力波动和起重机侧向力均远大于多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型)，并且钢丝绳倾角随作业速度的提高而增加，降低了系统的效率和安全性。因此确定以多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型)为对象进行深入研究。其次，对多起重机协作柔索并联吊装装备(3T构型)的关键性能指标进行了深入的分析，提出了装备工作空间求解方法，掌握了装备关键结构参数对工作空间大小的影响规律。在运动学

8、的基础上，建立了整体装备的误差模型并进行了24各误差源的灵敏度分析，揭示了误差源对吊装重物位置误差的影响规律。根据雅克比矩阵条件数确定条件数指标，作为衡量装备的灵巧度性能指标。结