隧道检测用并联式车载稳定平台构型综合与耦合运动分析

摘要

针对车辆高速行驶时隧道视觉检测系统图像采集质量显著下降的问题，结合当前公路隧道检测用并联式稳定平台构型综合研究较少、传统并联机构学模型均建立于惯性坐标系的现状，提出一种基于并联式稳定平台的扰动隔离方案，以保障图像采集的稳定性和清晰度。首先，通过现场试验分析了隧道结构参数与车身位姿对视觉系统性能的影响，据此制定了并联式车载稳定平台构型综合原则，设计了一种具有两移一转自由度的2SPR/RPS并联机构，并分析了其耦合运动特征。其次，基于刚体运动的旋量描述及惯性系与非惯性系间的耦合位姿变换关系，建立了运动平台在非惯性系下的六维运动描述，进而推导了并联式车载稳定平台在非惯性系中的运动学模型。最后，结合已研制的隧道检测系统来确定平台结构与运动参数，通过数值计算与半实物仿真验证了理论分析的正确性。研究表明：设计的2SPR/RPS并联机构可有效补偿车辆行驶中的侧移、升降、侧倾等扰动；提出的非惯性系耦合运动学建模方法为空间复杂多刚体系统运动/动力学问题提供了有效解决路径。但是，并联机构存在占用空间大、能耗高的固有缺陷，后续需通过反复优化结构尺寸、优选伺服电动缸等核心元器件，方可满足工程应用要求。

关键词

视觉检测 / 并联机构 / 稳定平台 / 构型综合 / 运动分析 / 非惯性系