车载伺服升降云台系统研究

论文摘要

车载升降云台系统主要为在可移动车辆上安装可升降桅杆式承载平台,帮助车辆在运动过程中提高车载侦察、观瞄及火控等光电系统的作用距离,同时车载能够更好地隐蔽自己,提高生存能力。本文首先介绍了伺服云台及车载伺服升降系统的发展现状。根据车载伺服升降云台的设计要求,升降部分依靠多级丝杠螺母机构实现升降,云台由两个电机控制机构实现回转及俯仰运动。具体的研究内容如下：首先根据丝杠螺母机构的运动特点,对升降机构进行了强度校核,以保证系统的运行稳定。根据升降云台的结构特点,建立了系统的三自由度运动学约束方程。并根据约束方程,推导了机器人的位姿正逆解的数学模型。并根据机构尺寸,分析了系统的工作空间。建立系统关键部件的有限元模型并进行静力学分析,获得各组件的应力及变形状况,验证关键件的强度、刚度,通过增大接触面积及增加圆角结构消除应力集中。分别建立了升降机构及云台系统的动力学方程,求解了工作过程的关节驱动力矩,为电机的选择及实现伺服系统的稳定控制提供了依据。控制方案采用分散控制方式,系统的硬件由上位PC机与下位关节独立伺服控制单元组成。利用MATALB的SimMechanics和Simulink模块库,建立直流电机的数学模型、升降机构及云台机构的闭环控制仿真模型,对单关节的运动进行了速度、位置双闭环的控制仿真分析。根据末端期望轨迹对系统三个关节的协调运动进行了仿真分析,以验证了模型的正确性。最后利用Autodesk Inventor 2010工程设计软件,根据确定的机构方案及三维软件建模流程分别建立零件模型,并装配获得升降机构、云台机构及升降云台系统三维模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 伺服云台国内外研究现状
• 1.3 车载伺服升降技术
• 1.4 车载伺服升降云台研究关键技术
• 1.5 本文主要完成的工作
• 第2章 伺服升降云台总体方案
• 2.1 伺服升降云台技术要求
• 2.2 伺服升降云台结构方案
• 2.2.1 升降机构
• 2.2.2 云台机构
• 2.3 升降云台机构的设计计算
• 2.3.1 升降机构设计计算
• 2.3.2 升降云台机构运动学分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统建模与仿真
• 3.1 关键件有限元分析
• 3.1.1 套筒组件有限元分析
• 3.1.2 杆组件有限元分析
• 3.2 升降机构动力学模型
• 3.3 云台机构动力学模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制系统的建模与仿真研究
• 4.1 控制方案
• 4.1.1 控制原理
• 4.1.2 控制方式
• 4.1.3 直流伺服电机模型
• 4.2 升降机构控制仿真研究
• 4.2.2 控制仿真模型
• 4.2.3 控制仿真分析
• 4.3 台控制仿真研究
• 4.3.1 控制仿真模型
• 4.3.2 控制仿真分析
• 4.4 升降云台伺服系统控制仿真研究
• 4.4.1 控制仿真模型
• 4.4.2 控制仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于Autodesk Inventor的三维建模
• 5.1 引言
• 5.2 基于Autodesk Inventor 2010三维建模技术
• 5.3 升降机构三维建模
• 5.3.1 杠组三维建模
• 5.3.2 套筒组三维建模
• 5.3.3 底座三维建模
• 5.4 云台三维建模
• 5.4.1 蜗轮蜗杆三维建模
• 5.4.2 齿轮三维建模
• 5.4.3 关键件三维建模
• 5.5 升降云台系统三维建模
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢