非惯性系并联式多轴稳定平台机构学理论与实验研究

本项目基于空间并联机构承载大、易于实现大型化和多轴联动、动态响应快速等优点，开展面向非惯性系并联机器人机构构性综合、运动学动力学建模与优化设计方法的研究，设计开发并联式多轴联动自稳定平台系统。本项目将针对直升机海上起降，科考、救援船只物资装卸等特殊需要，重点解决舰船非惯性系重载、大工作空间和高动态响应并联稳定平台机构构型综合问题，通过运动学、动力学性能优化，创新设计具有自主知识产权的并联式多轴稳定平台机构，研制并联式自稳定平台实验样机；在此基础上开展舰船六维周期摇荡运动的检测，非惯性系下的并联机器人机构系统运动学、动力学建模与实时伺服控制等理论与实验研究，为实际应用奠定基础。本课题不仅可进一步丰富机器人机构学理论，而且直接面向我国海洋工程急需开展工作，具有重要的实际应用价值。

并联式多轴稳定平台的作用是要通过一套在线检测、实时伺服运动补偿机构系统来隔离舰船周期性扰动的影响，为舰载设备、人员和直升机等提供一个稳定的工作平台。本项目基于课题组在并联机器人机构学研究方面取得的成果，进行了重载、大工作空间并联式稳定平台机构构型创新，研究了非惯性系下并联机器人机构学理论与设计方法。即 1).基于舰船六维摇荡研究，开展了基于性能指标的并联机器人机构构型和尺寸综合的理论研究；2).通过对运动旋量时间导数的分析，定义了刚体的旋量加速度，给出了多刚体系统加速度分析的理论，导出了运动学、动力学Hessian矩阵；3).结合多刚体分析理论，建立了非惯性系下新型并联式稳定平台机构学模型，提出了面向机构性能优化的结构设计方法；4).研制了舰载稳定平台试验样机，研究了非惯性系下稳定平台系统实时精确伺服控制策略。目前，本项目共发表（含录用待发表）学术论文12篇，其中被SCI、EI收录的论文10篇；申请发明专利15项，其中已授权4项；创新研制具有自主知识产权的“轻型舰船运动模拟台”和“重型舰船运动模拟台”。本项目在研究新型并联稳定平台机构学特征的基础上，发展了重载、大工作空间并联式稳定平台机构学基础理论，丰富了并联机器人机构学理论，对提高舰船测量系统精度和舰载设备安装等多方面具有参考价值。