码头智能系泊机械臂运动学和动力学研究

作     者：窦健飞 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王收军;陈松贵

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：机械臂 系泊分析 运动学 动力学 ADAMS 

摘      要：在工业技术高速发展的今天,传统的码头系泊方式并未随着港口设施的进步和船舶技术的发展而改变。为了有效减少码头系泊事故的发生以及适应未来智慧港口的发展趋势,新型的智能系泊系统的开发也越来越受到国内外的重视,具有广泛的应用前景。本文对新型的智能机械臂式的系泊装置进行了分析研究,进行的主要工作如下:首先,根据机器人运动学和动力学的相关理论,运用D-H法对系泊机械臂进行空间描述,利用齐次矩阵推导出机械臂运动学方程,分析了系泊机械臂的工作空间和机械臂末端可到达的位姿情况,并进行了仿真验证。其次,根据系泊机械臂的工作特点,对在码头系泊的船体进行研究,分析系泊状态下的船体所受波浪载荷,以及对船体系泊时的运动状态进行分析,在软件中通过建模并设置环境载荷,实现工作船系泊状态下的时域分析,得到码头系泊时船体运动响应曲线和受力情况。最后,介绍了机械臂的动力学建模方法,并依据拉格朗日法完成对系泊机械臂的动力学建模,在三维软件中对系泊装置进行建模,并在ADAMS动力学分析软件中,通过将系泊分析时船体重心的运动数据作为驱动条件,实现机械臂的逆运动学仿真,获取机械臂关节运动轨迹,然后依据波浪载荷条件,实现系泊机械臂的动力学仿真,得到各关节的驱动力矩曲线,为进行系泊机械臂的后续研究提供依据。