地震等自然災害給人民生命財產(chǎn)安全造成巨大損失,研究高效救援裝備、突破共性關鍵技術(shù),是發(fā)展應急救援產(chǎn)業(yè)的重要基礎。本文以自主設計開發(fā)的七自由度液壓機械臂為基礎,開展運動學分析和關節(jié)空間內(nèi)軌跡跟蹤控制兩方面的研究,可進一步提高救援機器人的自動化水平,提高冗余自由度液壓機械臂的軌跡跟蹤控制精度。首先,根據(jù)救援機器人現(xiàn)場功能要求開發(fā)機械臂平臺,參考人體手臂設計了一種新型RRRPRPRPRPRYRR構(gòu)型的七自由度機械臂結(jié)構(gòu),采用液壓驅(qū)動方式提供動力�；趚PC Target平臺開發(fā)冗余液壓機械臂實時控制系統(tǒng)。其次,對冗余液壓機械臂進行正運動學分析,使用蒙特卡羅法獲取機械臂的工作空間,采用微分變換法求解機械臂的雅克比矩陣。針對機械臂冗余特性對逆運動學求解帶來的問題,提出一種基于加權(quán)最小范數(shù)法和閉環(huán)的求解算法。此方法通過設置新型阻尼系數(shù)計算公式,提高雅克比矩陣求解穩(wěn)定性,避免出現(xiàn)奇異形態(tài)。通過添加目標優(yōu)化函數(shù),避免出現(xiàn)超出關節(jié)極限位置的情況�；陂]環(huán)求解思路對算法進行優(yōu)化,提高逆運動學求解精度。然后,針對具有強非線性和較多不確定性因素的液壓機械臂關節(jié)空間軌跡跟蹤問題,建立動力學簡化模型,提出一種基于... 

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
主要符號說明
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 救援機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 本文擬研究的關鍵技術(shù)及意義
    1.3 擬研究關鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 冗余機械臂逆運動學求解的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 液壓驅(qū)動機械臂運動控制的研究現(xiàn)狀
    1.4 研究難點
    1.5 本文研究目標與研究內(nèi)容
        1.5.1 研究目標
        1.5.2 研究內(nèi)容
第二章 冗余液壓機械臂平臺的開發(fā)
    2.1 冗余液壓機械臂的應用平臺
    2.2 冗余液壓機械臂結(jié)構(gòu)設計
        2.2.1 設計需求分析
        2.2.2 機械結(jié)構(gòu)設計
    2.3 冗余液壓機械臂液壓系統(tǒng)開發(fā)
    2.4 冗余液壓機械臂電控系統(tǒng)開發(fā)
        2.4.1 電控系統(tǒng)方案設計
        2.4.2 硬件選型及開發(fā)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 冗余液壓機械臂運動學分析
    3.1 冗余液壓機械臂正運動學分析
    3.2 工作空間分析
    3.3 雅克比矩陣求解
    3.4 冗余液壓機械臂逆運動學求解
        3.4.1 逆運動學求解研究目標
        3.4.2 傳統(tǒng)逆運動學求解方法及其局限性
        3.4.3 冗余機械臂逆運動學求解方法的提出
        3.4.4 基于閉環(huán)的逆運動學求解方法優(yōu)化
        3.4.5 逆運動學求解仿真研究
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于時延估計的液壓機械臂關節(jié)空間軌跡跟蹤控制研究
    4.1 液壓機械臂軌跡跟蹤控制研究目標
    4.2 冗余液壓機械臂系統(tǒng)動力學簡化模型
        4.2.1 動力學建模分析
        4.2.2 機械結(jié)構(gòu)動力學簡化模型
        4.2.3 電液比例系統(tǒng)動力學簡化模型
        4.2.4 整體動力學簡化模型
    4.3 基于TDE的自適應模糊控制方法
        4.3.1 基于TDE控制方法的研究及不足
        4.3.2 基于TDE的自適應模糊控制方法架構(gòu)
        4.3.3 模糊模塊
        4.3.4 自適應模塊
        4.3.5 穩(wěn)定性分析
        4.3.6 補償器設計
    4.4 基于MATLAB和ADAMS的聯(lián)合仿真研究
        4.4.1 仿真設置
        4.4.2 仿真結(jié)果及分析
    4.5 實驗研究
        4.5.1 實驗設置
        4.5.2 實驗結(jié)果
        4.5.3 實驗分析及結(jié)論
    4.6 本章小結(jié)
第五章 冗余液壓機械臂末端軌跡跟蹤控制研究
    5.1 末端軌跡跟蹤控制基本原理
    5.2 末端期望軌跡跟蹤實驗
        5.2.1 實驗設置
        5.2.2 空間直線軌跡跟蹤結(jié)果
        5.2.3 空間曲線軌跡跟蹤結(jié)果
        5.2.4 結(jié)果分析及結(jié)論
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的科研成果及獎勵
致謝
學位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻】：
期刊論文
[1]曰本研發(fā)新型救援機器人[J]. 葉森森.  工程機械. 2017(07)
[2]危險環(huán)境下救援機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 葛世榮,朱華.  煤炭科學技術(shù). 2017(05)
[3]地震救援雙臂機器人結(jié)構(gòu)設計與運動學分析[J]. 寇彥蕓,萬熠,趙修林,魏盼盼.  機械設計與制造. 2016(10)
[4]Time delay control of hydraulic manipulators with continuous nonsingular terminal sliding mode[J]. 王堯堯,陳家旺,顧臨怡,李曉東.  Journal of Central South University. 2015(12)
[5]群策群力 協(xié)同推進 加快發(fā)展我國應急產(chǎn)業(yè)[J]. 馮飛.  中國應急管理. 2015(11)
[6]救援機器人技術(shù)綜述[J]. 于振中,蔡楷倜,劉偉,鄭為湊.  江南大學學報(自然科學版). 2015(04)
[7]基于蒙特卡羅方法的雙臂機器人工作空間分析[J]. 周律,周昱明,汪亮,朱金龍.  機械傳動. 2014(06)
[8]基于靈敏度分析的數(shù)控機床床身尺寸優(yōu)化設計[J]. 邢曉輝,王洪川,王貴飛,叢明,孟國興.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2013(11)
[9]從汶川地震到蘆山地震[J]. 陳運泰,楊智嫻,張勇,劉超.  中國科學:地球科學. 2013(06)
[10]Position Control of Electro-hydraulic Actuator System Using Fuzzy Logic Controller Optimized by Particle Swarm Optimization[J]. Daniel M. Wonohadidjojo,Ganesh Kothapalli,Mohammed Y. Hassan.  International Journal of Automation and Computing. 2013(03)

博士論文
[1]自治水下運載器—機械手系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制研究[D]. 王堯堯.浙江大學 2016
[2]混凝土泵車靈巧機械臂運動控制系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究及應用[D]. 吳智勇.國防科學技術(shù)大學 2014

碩士論文
[1]基于機器視覺的自主式救援機器人的研究[D]. 周鵬程.東南大學 2016
[2]雙臂救援機器人液壓系統(tǒng)設計與研究[D]. 范東.浙江大學 2014
[3]噴涂機器人逆運動學求解算法與仿真軟件[D]. 楊震.華中科技大學 2013
[4]類蛇形多關節(jié)搜救救援機器人研究[D]. 趙華鶴.哈爾濱工程大學 2013



本文編號：3698371