隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,工程機(jī)械智能化是主要的發(fā)展方向。本文結(jié)合挖掘機(jī)智能化的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)工作裝置的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了研究。首先,對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行軌跡規(guī)劃,運(yùn)用D-H法建立挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,根據(jù)直線作業(yè)軌跡,通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算,得到挖掘機(jī)鏟斗的位姿與各個(gè)液壓缸長(zhǎng)度的關(guān)系;接著,為了對(duì)軌跡進(jìn)行有效控制,設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)閥控非對(duì)稱缸的特點(diǎn),通過建立液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方式,對(duì)液壓系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析;然后,采用直線插補(bǔ)算法對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制,將控制過程分解為對(duì)單個(gè)液壓缸的控制,為了改善單個(gè)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(duì)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,并運(yùn)用ADAMS軟件建立了挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)模型,進(jìn)行了直線挖掘軌跡的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真;最后,設(shè)計(jì)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(yǔ)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(jì)。運(yùn)用MATLAB仿真,其結(jié)果表明,雖然挖掘機(jī)工作裝置具有參數(shù)時(shí)變和干擾未知的... 

【文章來(lái)源】：山東科技大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１挖掘機(jī)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(jī)械臂連桿坐標(biāo)系簡(jiǎn)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(shí)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(duì)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(duì)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(jī)械手；而迭代法很難保證收斂性。因挖掘機(jī)械臂是一??種四自由度的機(jī)械手，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文采用幾何方法對(duì)其進(jìn)??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(lái)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(diǎn)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(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解計(jì)算幾何示意圖??Ｆｉｇ．?２．４?Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ?Ｉｎｖｅｒｓｅ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ??９??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]優(yōu)化液壓挖掘機(jī)的反鏟工作裝置[J]. 黎云志.  黑龍江科學(xué). 2018(09)
[2]挖掘機(jī)器人自主挖掘軌跡規(guī)劃方法[J]. 翁文文,殷晨波,馮浩,曹東輝,王彤嫚.  機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2018(02)
[3]液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真研究[J]. 朱小飛,殷晨波,馮浩,俞宏福.  建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理. 2018(02)
[4]挖掘機(jī)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(yùn)輸機(jī)械. 2018(01)
[5]挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)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(jī)械制造. 2017(12)
[6]基于ADAMS的某大型液壓挖掘機(jī)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(jī)動(dòng)力臂挖掘目標(biāo)軌跡規(guī)劃仿真[J]. 郭子陽(yáng),李捷.  計(jì)算機(jī)仿真. 2017(11)
[8]基于Pro/E的液壓挖掘機(jī)三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 蔣連瓊,毛行棟.  煤礦機(jī)械. 2017(10)
[9]自主作業(yè)挖掘機(jī)的機(jī)器人化研究[J]. 高潔.  機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2017(05)
[10]液壓挖掘機(jī)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(bào)(自然科學(xué)版). 2017(05)

博士論文
[1]挖掘機(jī)器人虛擬樣機(jī)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(jī)器人工作裝置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D]. 張海濤.中南大學(xué) 2004
[2]挖掘機(jī)器人規(guī)劃控制方法與技術(shù)的研究[D]. 張強(qiáng).浙江大學(xué) 2002



本文編號(hào)：3230293