近年來(lái),隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者開(kāi)始采用移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方法進(jìn)行起重機(jī)械軌道自動(dòng)檢測(cè)。起重機(jī)械軌道檢測(cè)機(jī)器人在對(duì)軌道高度差自動(dòng)檢測(cè)時(shí),其上的激光發(fā)射器和激光成像板的姿態(tài)角對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確性影響較大。目前激光姿態(tài)角調(diào)節(jié)受機(jī)器人車(chē)速變化以及軌道表面不平等因素影響,無(wú)法滿(mǎn)足起重機(jī)械軌道自動(dòng)檢測(cè)要求。為此,本文結(jié)合起重機(jī)械軌道檢測(cè)的具體要求,研究了起重機(jī)械軌道檢測(cè)機(jī)器人激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),為起重機(jī)械軌道檢測(cè)機(jī)器人研發(fā)與應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)和保障,對(duì)于提高起重機(jī)械軌道檢測(cè)的效率和精度,具有十分重要的意義。主要研究?jī)?nèi)容和成果有:(1)激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與性能分析。根據(jù)起重機(jī)械軌道檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)要求,研究了起重機(jī)械軌道自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)總體方案,設(shè)計(jì)了起重機(jī)械軌道自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)核心裝置軌道檢測(cè)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu);依據(jù)軌道高度差自動(dòng)檢測(cè)要求,分析了軌道檢測(cè)機(jī)器人激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)總體方案和所要達(dá)到的性能指標(biāo),對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)型式、尺寸和重量范圍、運(yùn)動(dòng)范圍、精度指標(biāo)和控制方法等進(jìn)行了分析。(2)激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)性能研究。首先,根據(jù)空間嚙合傳動(dòng)理論,對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)的核心零部件蝸桿蝸輪傳動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立,計(jì)算與校核蝸桿蝸輪的尺寸參數(shù);其次,根據(jù)得到的尺寸參數(shù)使用Adams軟件對(duì)蝸桿蝸輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程模擬仿真,分析蝸桿蝸輪副中心距誤差、中間平面誤差、軸交角誤差等三個(gè)因素對(duì)傳動(dòng)精度的影響,得出軸交角誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響最大,中間平面誤差影響次之,中心距誤差影響最小;然后,使用有限元分析軟件對(duì)蝸桿蝸輪傳動(dòng)過(guò)程中所受應(yīng)力進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)蝸桿蝸輪傳動(dòng)性能滿(mǎn)足預(yù)期要求;最后,基于有限元分析軟件,對(duì)激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)在起重機(jī)械軌道檢測(cè)機(jī)器人工作時(shí)進(jìn)行模態(tài)分析及平穩(wěn)性分析,得到了轉(zhuǎn)臺(tái)前5階的固有頻率和振幅,仿真結(jié)果表明,來(lái)自轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部的電機(jī)激勵(lì)不會(huì)引起共振,來(lái)自軌道表面不平順的外部激勵(lì)振動(dòng)不會(huì)影響轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,該自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)具有良好的抗干擾性。(3)激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)控制方法研究。首先,根據(jù)激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)工作環(huán)境情況,分析自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)的工作方式,基于自動(dòng)控制理論,建立自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;其次,為提高自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)控制性能,采用經(jīng)典的PID控制,基于simulink仿真軟件,對(duì)控制系統(tǒng)性能仿真,結(jié)果表明經(jīng)典的PID控制下,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出誤差沒(méi)有達(dá)到期望的控制要求;最后,針對(duì)這一問(wèn)題,應(yīng)用滑膜變結(jié)構(gòu)控制方案,采用基于指數(shù)趨近律方法,設(shè)計(jì)了滑膜變結(jié)構(gòu)控制器,并搭建相應(yīng)的simulink仿真模型,對(duì)系統(tǒng)的單位階躍、正弦響應(yīng)性能仿真分析,結(jié)果表明,滑膜變結(jié)構(gòu)具有更好的快速響應(yīng)性和更低輸出誤差,滿(mǎn)足自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)控制響應(yīng)快速性要求,且能更好的抵抗外界干擾。(4)設(shè)計(jì)了激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)軟硬件,搭建了軌道檢測(cè)機(jī)器人及激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)平臺(tái)。在標(biāo)準(zhǔn)的起重機(jī)械軌道上開(kāi)展激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)性能試驗(yàn),結(jié)果分析得到:滑膜變結(jié)構(gòu)控制下激光姿態(tài)角調(diào)節(jié)的時(shí)間比PID控制下要快0.11s,最大超調(diào)量減小2.1%,且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn);當(dāng)檢測(cè)機(jī)器人在起重機(jī)械軌道上以最大速度行走時(shí),自動(dòng)調(diào)節(jié)最大誤差0.2°,滿(mǎn)足起重機(jī)械軌道檢測(cè)的調(diào)節(jié)要求,達(dá)到了較好的預(yù)期效果。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TP242
【部分圖文】：

課題來(lái)源：江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院科技項(xiàng)目，起重機(jī)械軌道移動(dòng)機(jī)器人智能檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用研究。起重機(jī)械是指用于垂直升降并能夠移動(dòng)重物的機(jī)電一體化設(shè)備，如圖1.1所示，它是工業(yè)、交通、建筑行業(yè)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化減輕繁重體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)率的設(shè)備，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中具有十分重要的地位[1]。隨著國(guó)家鐵路交通、能源水利、建筑住宅等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的陸續(xù)展開(kāi)和加速進(jìn)展，起重機(jī)械市場(chǎng)快速擴(kuò)大，大型高速起重機(jī)的需求量也在不斷增加，這些都將會(huì)給起重機(jī)械行業(yè)提供一個(gè)更為廣闊的發(fā)展前景[2,3]。圖1.1 起重機(jī)械搬運(yùn)物料Fig.1.1 Lifting machinery handling material隨著起重機(jī)械大型化趨勢(shì)的發(fā)展，起重機(jī)械的搬運(yùn)能力和搬運(yùn)范圍也在不斷的提高，因此對(duì)起重機(jī)械的操作、檢修以及維護(hù)要更加的重視。如若不當(dāng)，引起重大的安全事故，給人民群眾的生命安全和社會(huì)財(cái)產(chǎn)造成極大的損失[4,5]。近幾年

起重機(jī)械軌道檢測(cè)機(jī)器人激光姿態(tài)角自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究2圖1.2 東莞起重機(jī)事故現(xiàn)場(chǎng)Fig.1.2 Dongguan crane accident site當(dāng)起重機(jī)械搬運(yùn)移動(dòng)很重的物料時(shí)，車(chē)輪輪緣與軌道側(cè)面發(fā)生接觸，造成輪緣和軌道毀損，即起重機(jī)械軌道啃軌的現(xiàn)象�？熊壃F(xiàn)象的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)摩擦，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致起重機(jī)械行走機(jī)構(gòu)失穩(wěn)脫軌。因此，需要對(duì)起重機(jī)械軌道進(jìn)行定期強(qiáng)制檢測(cè)，排除起重機(jī)械軌道安全隱患，使起重機(jī)械安全運(yùn)行[7,8]。目前，起重機(jī)械軌道檢測(cè)主要以人工采用手動(dòng)模式進(jìn)行，使用手持激光測(cè)距儀、鋼卷尺、全站儀、塔尺等設(shè)備[9]，如圖1.3所示。其存在的主要缺點(diǎn)為：設(shè)備繁多、笨重；跨距30米，長(zhǎng)度50米左右的單臺(tái)起重機(jī)檢測(cè)需要3-4人工作4小時(shí)

儀、鋼卷尺、全站儀、塔尺等設(shè)備[9]，如圖1.3所示。其存在的主要缺點(diǎn)為：設(shè)備繁多、笨重；跨距30米，長(zhǎng)度50米左右的單臺(tái)起重機(jī)檢測(cè)需要3-4人工作4小時(shí)，檢測(cè)效率低下，檢測(cè)任務(wù)繁重；檢測(cè)人員需要攜帶檢測(cè)設(shè)備在高空軌道上作業(yè)，安全保護(hù)措施薄弱，工作環(huán)境危險(xiǎn)性極大。隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者開(kāi)始采用機(jī)器人技術(shù)來(lái)進(jìn)行起重機(jī)械軌道檢測(cè)。圖1.3 傳統(tǒng)起重機(jī)械軌道檢測(cè)設(shè)備Fig.1.3 Track detection equipment of traditional lifting machinery由于激光具有高亮度、高方向性、高單色性等優(yōu)點(diǎn)[10]，所以提出基于一對(duì)在軌道上移動(dòng)的軌道檢測(cè)機(jī)器人，通過(guò)激光成像方法對(duì)起重機(jī)械軌道自動(dòng)檢測(cè)方法。其中，一個(gè)機(jī)器人在一端發(fā)射激光，另一個(gè)機(jī)器人在另一端通過(guò)測(cè)量計(jì)算成像板光斑的位置坐標(biāo)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2833381