發(fā)布時間：2021-06-14 22:01

　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,工程機械智能化是主要的發(fā)展方向。本文結(jié)合挖掘機智能化的發(fā)展趨勢,對工作裝置的軌跡規(guī)劃和運動控制進行了研究。首先,對挖掘機工作裝置進行軌跡規(guī)劃,運用D-H法建立挖掘機工作裝置的運動學(xué)模型,根據(jù)直線作業(yè)軌跡,通過運動學(xué)逆解運算,得到挖掘機鏟斗的位姿與各個液壓缸長度的關(guān)系;接著,為了對軌跡進行有效控制,設(shè)計了以比例伺服閥為控制元件、油缸行程傳感器為反饋元件的液壓位置閉環(huán)控制系統(tǒng),針對系統(tǒng)閥控非對稱缸的特點,通過建立液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方式,對液壓系統(tǒng)的性能進行了分析;然后,采用直線插補算法對運動軌跡進行控制,將控制過程分解為對單個液壓缸的控制,為了改善單個液壓缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng)性能,提高軌跡控制的精度,采用具有參數(shù)自整定功能的單神經(jīng)元PID控制策略對位置控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化,并運用ADAMS軟件建立了挖掘機虛擬樣機模型,進行了直線挖掘軌跡的運動學(xué)仿真;最后,設(shè)計了以STM32微控制器為核心的硬件電路,以Keil Vision5為軟件開發(fā)環(huán)境,采用C語言編寫了軟件程序,完成控制系統(tǒng)硬件及軟件部分的設(shè)計。運用MATLAB仿真,其結(jié)果表明,雖然挖掘機工作裝置具有參數(shù)時變和干擾未知的... 

【文章來源】：山東科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)與坐標(biāo)空間示意圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｃａｖａｔｏｒ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｐａｃｅ??

圖２．３挖掘機械臂連桿坐標(biāo)系簡圖??Ｆｉｇ．?２．３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?Ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?Ｗｏｒｋ?Ｄｅｖｉｃｅ?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ?Ｒｏｄ??如圖２．３所示，設(shè)各桿件之間的角度逆時針旋轉(zhuǎn)為正，化為鏟斗鉸接中心??與齒尖的連線和水平面所形成的夾角，稱為方向角，鏟斗齒尖在其基坐標(biāo)的位??置為０４ｆｘ４?ｙ４?ｚ４｜。則連桿坐標(biāo)系Ｏ，丨只ｚｊ相對于６＾丨，ｚｊ的??坐標(biāo)變換―１［為［３１］：??ｃｏｓｇ?—?ｃｏｓ＾?ｓｉｎ＾?ｓｉｎａｘ?ｓｉｎ６ｘ?ａｘ?ｃｏｓ０ｉ??ｉ＿１?ｓｉｎ０?ｃｏｓａ｛?ｃｏｓ６－?－ｓｉｎａ－?ｓｉｎ＾?ａｘ?ｓｉｎ６ｘ??ｘ￣?Ｔ｛＝?（２．１）??０?ｓｉｎ?ａｘ?ｃｏｓ?ａｘ?ｄｘ??０?０?０?１??從而基坐標(biāo)系到鏟斗坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換為：??＾１＾２３４?—＾１＾２３４?＊＾１?Ａ?（“４〔２３４?＋?“３Ｃ２３?＋?＋?＂１）??Ｑｊ?＿?０ｊ＼ｊ?２ｊ?—?＾１＾２３４?￣＂ｉＳ，１５，２３４?￣Ｃ＼?＾１?（＾４＾２３４?＾３＾２３?＋?＾２＾２?＾１）?（２２）??＾２３４?＾２３４?〇?“４Ｃ２３４?＋?“３＊＾２３?＋?４??０?０?０?１??式中，?ｓ．?＝ｓｉｎ０ｉ?；?％?＝ｓｉｎ（ｑ＋巧）；＝ｓｉｎ（＾?＋０－?；??ｃ｛?＝ｃｏｓ９ｌ?；?％?＝?ｃｏｓ（ｇ?＋０）；?＝ｃｏｓ（ｑ?＋０?＋０ｋ）?〇??假定坐標(biāo)系〇４｜ｘ４八ｚ４；［內(nèi)，鏟斗齒尖對應(yīng)位置坐標(biāo)，＝［０?０?０?１］，??則在基坐標(biāo)系內(nèi)凡Ｚ。；｝中的坐標(biāo)為Ｖ＝Ｑ：ｒ４４Ｐ

適合自由度較多的機械手；而迭代法很難保證收斂性。因挖掘機械臂是一??種四自由度的機械手，簡單結(jié)構(gòu)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，本文采用幾何方法對其進??行求解。鏟斗齒尖位姿空間具體如下卜；；ｚ?＾ＪＴ，結(jié)合圖２．３來看，空間幾??何關(guān)系如下：??Ｔｖ、?＼??０ｉ?＝?ａｒｃｔａｎ?—?（２．５）??＼ｘｊ??將基坐標(biāo)系的原點〇。平移至，假定平移后的基坐標(biāo)系為ｙ??如圖２．４所示｜３１］。??７：＾４？??－：：：處，ｚ，）??〇＇（〇：）?Ｘ－?（Ｘ，）?、??圖２．４機械臂運動學(xué)逆解計算幾何示意圖??Ｆｉｇ．?２．４?Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ?Ｉｎｖｅｒｓｅ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ??９??

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]液壓挖掘機工作裝置運動仿真研究[J]. 朱小飛,殷晨波,馮浩,俞宏福.  建設(shè)機械技術(shù)與管理. 2018(02)
[4]挖掘機工作裝置的空間力學(xué)分析方法[J]. 侯鵬龍,陸鳳儀,徐格寧,馬治寧.  起重運輸機械. 2018(01)
[5]挖掘機工作裝置的運動學(xué)分析與軌跡規(guī)劃[J]. 王松,苑明海,黃錦婷,王海東,閆舒洋.  機械制造. 2017(12)
[6]基于ADAMS的某大型液壓挖掘機建模與仿真分析[J]. 靳龍,李玉奇,曾昊.  現(xiàn)代制造工程. 2017(11)
[7]挖掘機動力臂挖掘目標(biāo)軌跡規(guī)劃仿真[J]. 郭子陽,李捷.  計算機仿真. 2017(11)
[8]基于Pro/E的液壓挖掘機三維建模及運動仿真[J]. 蔣連瓊,毛行棟.  煤礦機械. 2017(10)
[9]自主作業(yè)挖掘機的機器人化研究[J]. 高潔.  機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2017(05)
[10]液壓挖掘機工作裝置建模分析與仿真[J]. 鐘星,邵輝,胡偉石.  華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(05)

博士論文
[1]挖掘機器人虛擬樣機建模技術(shù)及其應(yīng)用研究[D]. 劉靜.浙江大學(xué) 2005

碩士論文
[1]液壓挖掘機器人工作裝置運動控制系統(tǒng)的研究[D]. 張海濤.中南大學(xué) 2004
[2]挖掘機器人規(guī)劃控制方法與技術(shù)的研究[D]. 張強.浙江大學(xué) 2002



本文編號：3230293