臂式发射机构运动学分析及控制技术研究

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现代遥控武器战的发展逐渐趋近于轻型化、智能化,且对灵活度和杀伤力的要求越来越高,对目标的指向精度也提出了更高的要求。基于此种趋势和需求,无人遥控武器平台和枪塔的指向精度已然成为世界各国研究的热点,当前对遥控武器指向精度的研究发展迅速,但发射机构的空间灵活度、体积轻小型化以及执行机构的可靠性是当前遥控武器战研究的重点。研究以基于发射臂的无人平台为对象,以敌方有生力量和轻型装甲为作战目标,重点解决发射机构的灵活性和轻型化,以及火力指向的问题。首先对臂式发射机构和整体无人作战平台进行总体设计,选用关节速度分别为120°/s、80°/s、80°/s的三轴六自由度机械臂作为平台的发射机构,使其达到回转-俯仰-俯仰的功能。对此发射臂建立D-H坐标建立,以及正、逆运动学分析,在Matlab中完成初步进行建模;并对臂式发射机构和无人平台及跟踪系统三者之间进行坐标转换的研究。其次通过对发射臂进行关节空间和笛卡尔运动轨迹的仿真以及关节力矩仿真,可知关节运动速度可达80~120°/s,符合设计要求。并且在关节空间内进行五次多项式插补较三次多项式插补得到的关节运动学曲线更为平滑,末端执行器的速度和角速度随时间的变化都比较均匀而平滑,五次多项式插值较三次多项式插值更理想;在笛卡尔坐标系内做梯形速度插补,发射臂末端在笛卡尔空间中的运动轨迹也无突变现象。通过蒙特卡洛法和robotics toolbox对其工作空间进行仿真对比,也满足其回转关节-180°~180°、两个俯仰关节分别-60°~60°和-15°~70°的工作空间设计要求。最后对轻武器指向无人平台进行整体的随动系统控制,简要对控制器进行设计并进行了阶跃和正弦信号的运动仿真。经过对臂式发射机构的运动学分析和仿真,为无人化轻武器的后续研究提供了一种思路。
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