船舶建造阶段,船体分段合拢是一项对精度影响较大的重要工序。目前国内主要通过吊车或船台小车调整船体分段位置进行合拢工作,这两种方式都存在精度低、效率低的缺点。基于上述背景,本文基于分体式合拢设备对自动对位系统进行研究,本文中所研究的分体式合拢设备可实现横向、纵向、垂向三个方向的运动,三个或多个三维可调墩相互配合可以完成对船体分段的位姿调整。本文具体主要研究内容为:(1)利用多个可调墩、测量单元、数据处理单元和运动控制单元搭建船体分段自动对位系统,其中三维可调墩在系统中负责支撑和移动船体分段、测量单元负责获取分段基准点坐标、数据处理单元负责解算船体分段位姿、运动控制单元负责控制可调墩的运动。(2)介绍了刚体的空间位姿描述方法和坐标系的变换原理,研究了船体分段的位姿解算方法、运动规划方法及三维可调墩的运动学求逆解方法,并提出了两种基于两步调姿法的分段自动对位解算方法。(3)利用CATIA构建了分段模型和可调墩的模型;利用ADAMS对分段自动对位系统做了运动学仿真,验证了系统采用的位姿解算方法和运动规划方法的可行性;基于牛顿欧拉法建立了系统的动力学模型,并对系统在非冗余和冗余驱动条件下分别做了动力学仿真,通过对比非冗余与冗余驱动情况下的仿真结果,可以得到冗余驱动在提高系统性能上所具有的优越性;在系统控制方法的研究上提出了基于关节空间的PID控制和力位混合控制。(4)对三维可调墩进行模型试验并分析其运动误差,采用运动控制卡的PVT运动功能可实现对可调墩模型的速度的精确控制,模型试验与仿真结果比较表明系统在运动控制功能上的可行性;分别针对可调墩模型试验和工程实际提出了一种基于开环系统的误差补偿方法和开环补偿与闭环反馈相结合的误差补偿办法。