發(fā)布時間：2017-07-18 09:17

  本文關鍵詞：破拆機器人工作裝置的液固聯(lián)合模型仿真與控制研究

  更多相關文章： 破拆機器人 等效質量 動力學 液固聯(lián)合模型 樣機實驗

【摘要】：液壓破拆機器人是一種特殊的工程機器人,它集機械和電子、通信、控制、液壓技術于一體,配上各種功能屬具能在易燃、易爆等高危險工況下完成破拆剪切等作業(yè)。這類裝備的特點是多桿機械臂的工作行程大且自重較大,采用液壓驅動,精確作業(yè)對系統(tǒng)的控制性能要求較高。為了探究破拆機器人工作裝置的質量變化對控制系統(tǒng)動態(tài)特性的影響,本論文以某公司的GTRC-15型破拆機器人的主臂為研究對象,將液壓系統(tǒng)和機械臂動力學方程聯(lián)合成一組非線性時變狀態(tài)方程,建立主臂的液固聯(lián)合模型。該模型可以實時反映質量和動力學方程系數(shù)等時變參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。并搭建基于CANopen現(xiàn)場總線控制及測試的樣機實驗系統(tǒng),完成相關實驗。經仿真與實驗比較,證明該系統(tǒng)模型是準確合理的,并探究了閉環(huán)PID控制對系統(tǒng)的影響。本論文的主要內容如下:(1)簡單介紹破拆機器人。對國內外對破拆機器人工作裝置運動控制的發(fā)展狀況進行了概述。(2)分析了工作裝置液壓系統(tǒng)原理。通過研究液壓系統(tǒng)流量方程、非對稱液壓缸流量連續(xù)性方程和液壓缸輸出力與負載力平衡方程,得到了液壓系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),從中了解到工作裝置的等效質量M對整個系統(tǒng)的動態(tài)特性有直接影響。為了便于分析時變參數(shù)M,推導了液壓系統(tǒng)的狀態(tài)方程。(3)以主臂為例,運用理論力學的知識推導出主臂液壓缸負載等效質量M1的公式。建立了破拆機器人工作裝置的運動學模型,實現(xiàn)了目標破拆點與關節(jié)空間、關節(jié)空間與驅動空間之間的轉換。利用1stopt軟件對等效質量M1進行極值估算,并運用Matlab求解出M1與關節(jié)角1?之間的變化關系。(4)利用拉格朗日法完成破拆機器人工作裝置的動力學建模。針對機械臂之間存在關節(jié)耦合問題,以及工程實際運用情況,在上一章的基礎上,分析研究破拆機器人主臂最不穩(wěn)定狀態(tài)時的系統(tǒng)模型,得出此狀態(tài)下的主臂動力學方程。(5)在破拆機器人主臂最不穩(wěn)定狀態(tài)下,將液壓系統(tǒng)和機械臂動力學方程聯(lián)合成一組非線性時變狀態(tài)方程,建立主臂的液固聯(lián)合模型。對此液固聯(lián)合模型進行開環(huán)和閉環(huán)控制仿真,并將仿真結果與樣機實驗結果進行比對分析,證明該模型是合理的、準確的。(6)搭建基于CANopen現(xiàn)場總線控制及測試的樣機實驗系統(tǒng),完成實驗與運動數(shù)據(jù)分析。實驗1在驗證液固聯(lián)合模型正確的基礎上,研究P、I、D三個參數(shù)對閉環(huán)PID控制系統(tǒng)的影響,并對其魯棒性進行測試。實驗2在實驗1的基礎上,測試出不同控制條件下的液壓錘錘尖的實驗運動軌跡,研究開環(huán)和閉環(huán)PID控制對液壓缸運動狀態(tài)和錘尖運動軌跡的影響。
【關鍵詞】：破拆機器人 等效質量 動力學 液固聯(lián)合模型 樣機實驗
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 破拆機器人國內外發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 國外發(fā)展情況9-11
• 1.2.2 國內發(fā)展情況11
• 1.3 破拆機器人的發(fā)展趨勢11-12
• 1.4 GTRC-15遙控破拆機器人簡介12-13
• 1.5 國內外對破拆機器人工作裝置運動控制的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.5.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5.2 國內研究現(xiàn)狀14-15
• 1.6 論文主要研究內容15-17
• 第二章 工作裝置的液壓系統(tǒng)建模17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 基于電液比例控制的液壓系統(tǒng)工作原理17-18
• 2.3 主臂液壓操縱回路18-19
• 2.4 液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型19-25
• 2.4.1 閥控非對稱液壓缸的數(shù)學模型19-23
• 2.4.2 液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型23-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第三章 等效質量的估算26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 主臂液壓缸負載等效質量表達式推導26-27
• 3.3 破拆機器人工作裝置的運動學分析27-35
• 3.3.1 破拆機器人空間描述27-28
• 3.3.2 關節(jié)空間與驅動空間的轉換28-32
• 3.3.3 工作裝置的運動學分析32-35
• 3.4 主臂液壓油缸的負載等效質量極值估算35-37
• 3.4.1 等效質量M1的極值求解36
• 3.4.2 等效質量M1與關節(jié)角 θ1的關系36-37
• 3.5 本章小結37-38
• 第四章 破拆機器人工作裝置的動力學模型38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 建立動力學模型的方法38-39
• 4.3 工作裝置的動力學方程39-44
• 4.3.1 工作裝置的動能39-42
• 4.3.2 工作裝置的勢能42
• 4.3.3 工作裝置的拉格朗日函數(shù)42
• 4.3.4 工作裝置的動力學方程42-43
• 4.3.5 破拆機器人工作裝置的動力學方程簡化43-44
• 4.4 主臂的動力學方程44-45
• 4.5 本章小結45-46
• 第五章 主臂的液固聯(lián)合模型及其運動仿真46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 建立液固聯(lián)合模型46-48
• 5.3 液固聯(lián)合模型控制仿真與實驗結果48-53
• 5.3.1 Simulink簡介48
• 5.3.2 S-函數(shù)簡介48
• 5.3.3 開環(huán)仿真與實驗結果48-49
• 5.3.4 閉環(huán)仿真與實驗結果49-53
• 5.4 本章小結53-54
• 第六章 破拆機器人工作裝置控制系統(tǒng)的樣機實驗54-67
• 6.1 引言54
• 6.2 實驗系統(tǒng)54-56
• 6.3 實驗 1：測試不同PID參數(shù)對閉環(huán)PID控制實驗的影響56-61
• 6.3.1 實驗設備56-58
• 6.3.2 實驗過程與方案58-59
• 6.3.3 實驗結果與分析59-61
• 6.4 實驗 2：測試不同PID參數(shù)條件下的液壓錘錘尖的實際運動軌跡61-65
• 6.4.1 實驗設備61-62
• 6.4.2 實驗操作與方案62-63
• 6.4.3 測試結果與分析63-65
• 6.5 本章小結65-67
• 第七章 結論與展望67-69
• 7.1 主要結論67
• 7.2 論文不足與展望67-69
• 參考文獻69-73
• 附錄A 論文中已知參數(shù)的數(shù)值73-74
• 附錄B 論文中部分計算結果74-77
• 攻讀研究生期間發(fā)表的論文77-78
• 致謝78

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳林;奚如如;王興松;;套索驅動細長機器人的初步設計與試驗[J];機電工程;2011年03期

2 謝芝馨;;蘇聯(lián)機器人技術述評[J];機械與電子;1989年04期

3 羅飛，余達太;主動式控制──機器人抑振控制的有效方式[J];機器人;1995年04期

4 盧桂章;當前高技術發(fā)展的前沿——機器人技術[J];天津科技;1995年01期

5 蘇陸;日本機器人技術與產品[J];全球科技經濟w，

本文編號：557013