低速风洞三自由度机械臂及其控制系统设计

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1、低速风洞三自由度机械臂及其控制系统设计李东信息工程学院控制工程林茂松王新林2018328Classifiedindex:U.D.C:SouthwestuniversityOfscienceandtechnologyMasterdegreethesisDesignontheManipulatorwith3-DOFandControlSysteminLowSpeedWindTunnelCandidate：LiDongDepartment：SchoolofInformationEngineeringSpecialty：ControlEngineeringSuperviso

2、r1：LinMaosongSupervisor2：WangXinlinDate：Mar.28th，2018西南科技大学工程硕士学位论文第I页摘要现代的飞行器越来越先进，造价也越来越高昂，如果一款新的飞行器设计出来后，便直接试飞，其安全性无法得到保证。因此，飞行器通常要在风洞中开展一系列试验。本文就是针对捕获轨迹试验（CaptiveTrajectorySimulation，简称CTS）设计了一套三自由度机械臂，它能够实现俯仰、偏航、滚转三个转动自由度。本篇论文先是对课题背景进行了介绍，而后对国内和国外常用的CTS装置进行了研究，并且对串并联机构、控制系统的发展趋势等进

3、行了分析，全文的核心内容是对机械臂的机械结构部分和控制系统部分进行了设计。在设计机械臂的传动机构时，俯仰和偏航机构采用直流伺服电机通过蜗轮蜗杆副驱动叉形连接件在±45°范围内旋转；滚转机构则使用直流伺服电机通过谐波减速器驱动测量头在±180°范围内旋转。在3个转轴上均安装了角度编码器，构成闭环控制。控制系统采取现场总线方式，软件使用LabWindows/CVI开发。这种传动机构和控制系统的组合，使机械臂系统具备了较高的技术指标和工作性能。三自由度机械臂的成功设计，为风洞CTS试验提供了载荷大、安全可靠、操作方便的模型支撑系统，也为其它低速风洞多自由度运动系统的研制提

4、供了一种新的思路。关键词：捕获轨迹风洞试验机械臂控制系统现场总线西南科技大学工程硕士学位论文第II页AbstractNow,aircraftsarebecomingincreasinglyadvancedandcostly.Ifanewaircraftisdesigned,itssecuritycannotbeguaranteedthattestflightdirectly.So,theaircraftusuallyhastocarryoutaseriesoftestsinwindtunnel.Inthispaper,asetofmanipulatorwiththr

5、eedegreesoffreedomisdesignedforthecaptivetrajectorysimulationtest(CTS).Itcanachievethreerotationaldegreesoffreedomofpitchandyawandroll.Firstly,thethesisintroducesthebackgroundofthemission,thenstudiesthetypicalCTSdevicesinChinaandabroad,aswellasthedevelopmenttrendoftheserial-parallelmec

6、hanismandcontrolsystem.Finally,thedesignofmanipulatorarmandcontrolsystemisimplemented.Inthedesignofthemanipulatortransmissionmechanism,thepitchandyawmechanismadoptDCservomotorsthatdrivingfurcationconnectionrotatingbythewormandgearintherangeof±45degrees;therollmechanismusesaDCservomotor

7、todrivethemeasuringheadtorotatebyaharmonicreducerintherangeof±180degrees.Theangleencoderisinstalledoneachspinaxistoformaclosedloopcontrol.Controlsystemusesfieldbus,andthesoftwareusesLabWindows/CVIdevelopmentenvironment.Thus,thecombinationofthetransmissionmechanismandthecontrolsystemm