發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 00:29

　　 與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)煤炭生產(chǎn)效率低且煤礦事故高發(fā)。為了減少救援人員傷亡和降低救援的風(fēng)險(xiǎn),救援機(jī)器人已應(yīng)用到煤礦方面進(jìn)行救援,通過協(xié)助或替代救援人員進(jìn)入災(zāi)區(qū),對(duì)煤炭井下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)并尋找幸存者,以提高救援效率。礦山救援機(jī)器人機(jī)械手放置通信中繼器,以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的無線傳輸。在行進(jìn)途中遇到障礙物,也可以借助機(jī)械手清除石塊、雜物,繼續(xù)前行。工作主要從以下幾個(gè)方面展開:首先,對(duì)自主制作救援機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行研究,建立礦山救援機(jī)器人機(jī)械手的D-H數(shù)學(xué)模型,并完成機(jī)械手正運(yùn)動(dòng)學(xué)以及逆運(yùn)動(dòng)的求解。利用MATLAB中Peter Corke開發(fā)的機(jī)器人工具箱,建立機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)D-H運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真數(shù)學(xué)模型,并通過輸入相關(guān)函數(shù)分別對(duì)完成機(jī)械手位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解的仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果驗(yàn)為后續(xù)救援機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)救援機(jī)械手的拉格朗日方程進(jìn)行求解,計(jì)算出機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)的參數(shù)慣性矩陣、離心力和哥氏力系數(shù)矩陣及重力項(xiàng)矩陣。為下文的救援機(jī)械手控制建立了基礎(chǔ)。其次,使用PID算法控制礦山救援機(jī)器人機(jī)械手。在此基礎(chǔ)上,對(duì)模糊PID算法的模糊化、模糊規(guī)則、模糊推理等進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),并用遺傳算法優(yōu)化模糊規(guī)則、隸屬函數(shù)和PID參數(shù)。通過MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)遺傳優(yōu)化模糊PID控制算法仿真設(shè)計(jì),并對(duì)救援機(jī)械手遺傳優(yōu)化模糊PID算法和常規(guī)PID算法仿真結(jié)果做出比較。然后,傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法在局部軌跡規(guī)劃存在目標(biāo)不可達(dá)和局部極小值兩大缺陷。對(duì)于局部極小值問題,通過目標(biāo)的相對(duì)距離和附加控制力的方法對(duì)斥力勢(shì)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。還可以通過Navigation函數(shù)法擴(kuò)大搜索范圍,協(xié)助救援機(jī)械手逃離局部極小值的陷阱。針對(duì)這個(gè)問題對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法做出改進(jìn)。在MATLAB進(jìn)行程序仿真,驗(yàn)證這兩種改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法的可靠性和有效性。最后,對(duì)救援機(jī)器人機(jī)械手硬件系統(tǒng)和機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),完成設(shè)計(jì)后,對(duì)救援機(jī)器人機(jī)械手進(jìn)行抓取目標(biāo)物體實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該機(jī)械手設(shè)計(jì)的可行性。此后,以救援機(jī)器人機(jī)械手重量輕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩大為優(yōu)化目標(biāo),以機(jī)械臂重量、電機(jī)和減速器重量及電機(jī)轉(zhuǎn)矩為參數(shù)變量,采用ISIGHT的多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)本文歸結(jié)的救援機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn),求出救援機(jī)械手的最優(yōu)解,并對(duì)解進(jìn)行了一定的分析。圖[51]表[13]參[61]
【學(xué)位單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

圖 1.1 2013-2018 年煤礦安全生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)對(duì)比Fig1.1 Statistical comparison of coal mine safety production in 2013-2012011-2019 年部分死亡十人以上的較重大煤礦事故表 1.2：表 1.2 2011-2019 年部分死亡十人以上的較重大煤礦事故Table 1.2 Major coal mine accidents with more than 10 deaths in 2011-20事故發(fā)生地點(diǎn) 人員傷亡 事故云南曲靖師宗私莊煤礦 43 煤與瓦斯攀枝花西區(qū)肖家灣煤礦 43 重大瓦斯水城縣阿戛鎮(zhèn)馬場(chǎng)煤礦 25 煤與瓦斯曲靖麒麟?yún)^(qū)黎明實(shí)業(yè)有限公司下海子煤礦22 重大透黑龍江龍煤集團(tuán)雞西礦業(yè)公司杏花煤礦22大傾角皮帶故

圖 1.2 表明機(jī)器人手臂已經(jīng)在各方面得到應(yīng)用，如處理恐怖襲擊、助力工業(yè)發(fā)展、災(zāi)害的探測(cè)和救援、幫助解決人們生活中的一些小問題以及醫(yī)療行業(yè)[6]等。今天在處理大型災(zāi)害如核電泄漏、地震和礦難等，救援機(jī)器人顯得尤其重要，它通過機(jī)械手臂來完成救援人員的操作，使救援工作變得簡(jiǎn)單并防止救援人員受到傷害。(a) 汽車維修機(jī)器人 (b) 服務(wù)機(jī)器人

圖 1.3 救援機(jī)器人 QuinceFig1.3 Rescue robot Quince圖 1.4 iRobot 510 PackBot機(jī)器人Fig1.4 iRobot 510 PackBot Robot2011年我國(guó)第一臺(tái)遙控防化偵察機(jī)器人由南京軍區(qū)某防化技術(shù)大隊(duì)花費(fèi) 5研制而成，同時(shí)填補(bǔ)了我國(guó)該方面機(jī)器人技術(shù)的空白，如圖 1.4 所示。該機(jī)器人具有“百毒不侵”的功能，適用于救援人員無法到達(dá)地方和高毒高溫高危險(xiǎn)作環(huán)境，同時(shí)機(jī)器人本體及機(jī)械臂裝有超聲波距離傳感器和紅外測(cè)距傳感器，通無線通信系統(tǒng)、核輻射探測(cè)器等輔助儀器，完成對(duì)核輻射泄漏、化工污染的偵察該機(jī)器人機(jī)械手代替救援人員完成取樣任務(wù)[8]。在 2018 中國(guó)國(guó)際電子信息博覽會(huì)上展示了一款由深拓科技研發(fā)KV150 的雙臂排爆機(jī)器人。采用碳纖維、鎂鋁合金等輕質(zhì)金屬材料，成為領(lǐng)先國(guó)內(nèi)輕質(zhì)機(jī)手臂行業(yè)的排爆機(jī)器人。單個(gè)臂只有 7.5kg，兩個(gè)機(jī)械手臂具有 12 個(gè)自由度，個(gè)臂負(fù)載重量可以達(dá)到 10kg，單個(gè)臂最大負(fù)載重量可以達(dá)到 6kg，成為國(guó)內(nèi)負(fù)載自重最高排爆機(jī)器人。常見的單個(gè)機(jī)械手臂的排爆機(jī)器人排爆時(shí)，調(diào)整各個(gè)關(guān)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2879971