本文關(guān)鍵詞：破拆機(jī)器人工作裝置的液固聯(lián)合模型仿真與控制研究

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【摘要】：液壓破拆機(jī)器人是一種特殊的工程機(jī)器人,它集機(jī)械和電子、通信、控制、液壓技術(shù)于一體,配上各種功能屬具能在易燃、易爆等高危險(xiǎn)工況下完成破拆剪切等作業(yè)。這類(lèi)裝備的特點(diǎn)是多桿機(jī)械臂的工作行程大且自重較大,采用液壓驅(qū)動(dòng),精確作業(yè)對(duì)系統(tǒng)的控制性能要求較高。為了探究破拆機(jī)器人工作裝置的質(zhì)量變化對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,本論文以某公司的GTRC-15型破拆機(jī)器人的主臂為研究對(duì)象,將液壓系統(tǒng)和機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)合成一組非線性時(shí)變狀態(tài)方程,建立主臂的液固聯(lián)合模型。該模型可以實(shí)時(shí)反映質(zhì)量和動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)等時(shí)變參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。并搭建基于CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線控制及測(cè)試的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)仿真與實(shí)驗(yàn)比較,證明該系統(tǒng)模型是準(zhǔn)確合理的,并探究了閉環(huán)PID控制對(duì)系統(tǒng)的影響。本論文的主要內(nèi)容如下:(1)簡(jiǎn)單介紹破拆機(jī)器人。對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)破拆機(jī)器人工作裝置運(yùn)動(dòng)控制的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了概述。(2)分析了工作裝置液壓系統(tǒng)原理。通過(guò)研究液壓系統(tǒng)流量方程、非對(duì)稱(chēng)液壓缸流量連續(xù)性方程和液壓缸輸出力與負(fù)載力平衡方程,得到了液壓系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù),從中了解到工作裝置的等效質(zhì)量M對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有直接影響。為了便于分析時(shí)變參數(shù)M,推導(dǎo)了液壓系統(tǒng)的狀態(tài)方程。(3)以主臂為例,運(yùn)用理論力學(xué)的知識(shí)推導(dǎo)出主臂液壓缸負(fù)載等效質(zhì)量M1的公式。建立了破拆機(jī)器人工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)破拆點(diǎn)與關(guān)節(jié)空間、關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動(dòng)空間之間的轉(zhuǎn)換。利用1stopt軟件對(duì)等效質(zhì)量M1進(jìn)行極值估算,并運(yùn)用Matlab求解出M1與關(guān)節(jié)角1?之間的變化關(guān)系。(4)利用拉格朗日法完成破拆機(jī)器人工作裝置的動(dòng)力學(xué)建模。針對(duì)機(jī)械臂之間存在關(guān)節(jié)耦合問(wèn)題,以及工程實(shí)際運(yùn)用情況,在上一章的基礎(chǔ)上,分析研究破拆機(jī)器人主臂最不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的系統(tǒng)模型,得出此狀態(tài)下的主臂動(dòng)力學(xué)方程。(5)在破拆機(jī)器人主臂最不穩(wěn)定狀態(tài)下,將液壓系統(tǒng)和機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)合成一組非線性時(shí)變狀態(tài)方程,建立主臂的液固聯(lián)合模型。對(duì)此液固聯(lián)合模型進(jìn)行開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制仿真,并將仿真結(jié)果與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析,證明該模型是合理的、準(zhǔn)確的。(6)搭建基于CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線控制及測(cè)試的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),完成實(shí)驗(yàn)與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)1在驗(yàn)證液固聯(lián)合模型正確的基礎(chǔ)上,研究P、I、D三個(gè)參數(shù)對(duì)閉環(huán)PID控制系統(tǒng)的影響,并對(duì)其魯棒性進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)2在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上,測(cè)試出不同控制條件下的液壓錘錘尖的實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)軌跡,研究開(kāi)環(huán)和閉環(huán)PID控制對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和錘尖運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。
【關(guān)鍵詞】：破拆機(jī)器人 等效質(zhì)量 動(dòng)力學(xué) 液固聯(lián)合模型 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展情況9-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況11
• 1.3 破拆機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)11-12
• 1.4 GTRC-15遙控破拆機(jī)器人簡(jiǎn)介12-13
• 1.5 國(guó)內(nèi)外對(duì)破拆機(jī)器人工作裝置運(yùn)動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.5.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.6 論文主要研究?jī)?nèi)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(xué)模型19-25
• 2.4.1 閥控非對(duì)稱(chēng)液壓缸的數(shù)學(xué)模型19-23
• 2.4.2 液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章 等效質(zhì)量的估算26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 主臂液壓缸負(fù)載等效質(zhì)量表達(dá)式推導(dǎo)26-27
• 3.3 破拆機(jī)器人工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析27-35
• 3.3.1 破拆機(jī)器人空間描述27-28
• 3.3.2 關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動(dòng)空間的轉(zhuǎn)換28-32
• 3.3.3 工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析32-35
• 3.4 主臂液壓油缸的負(fù)載等效質(zhì)量極值估算35-37
• 3.4.1 等效質(zhì)量M1的極值求解36
• 3.4.2 等效質(zhì)量M1與關(guān)節(jié)角 θ1的關(guān)系36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 破拆機(jī)器人工作裝置的動(dòng)力學(xué)模型38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 建立動(dòng)力學(xué)模型的方法38-39
• 4.3 工作裝置的動(dòng)力學(xué)方程39-44
• 4.3.1 工作裝置的動(dòng)能39-42
• 4.3.2 工作裝置的勢(shì)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(dòng)力學(xué)方程42-43
• 4.3.5 破拆機(jī)器人工作裝置的動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)化43-44
• 4.4 主臂的動(dòng)力學(xué)方程44-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第五章 主臂的液固聯(lián)合模型及其運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果48-53
• 5.3.1 Simulink簡(jiǎn)介48
• 5.3.2 S-函數(shù)簡(jiǎn)介48
• 5.3.3 開(kāi)環(huán)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-49
• 5.3.4 閉環(huán)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果49-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 第六章 破拆機(jī)器人工作裝置控制系統(tǒng)的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)54-67
• 6.1 引言54
• 6.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)54-56
• 6.3 實(shí)驗(yàn) 1：測(cè)試不同PID參數(shù)對(duì)閉環(huán)PID控制實(shí)驗(yàn)的影響56-61
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備56-58
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方案58-59
• 6.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析59-61
• 6.4 實(shí)驗(yàn) 2：測(cè)試不同PID參數(shù)條件下的液壓錘錘尖的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡61-65
• 6.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備61-62
• 6.4.2 實(shí)驗(yàn)操作與方案62-63
• 6.4.3 測(cè)試結(jié)果與分析63-65
• 6.5 本章小結(jié)65-67
• 第七章 結(jié)論與展望67-69
• 7.1 主要結(jié)論67
• 7.2 論文不足與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)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(jì)算結(jié)果74-77
• 攻讀研究生期間發(fā)表的論文77-78
• 致謝78

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳林;奚如如;王興松;;套索驅(qū)動(dòng)細(xì)長(zhǎng)機(jī)器人的初步設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];機(jī)電工程;2011年03期

2 謝芝馨;;蘇聯(lián)機(jī)器人技術(shù)述評(píng)[J];機(jī)械與電子;1989年04期

3 羅飛，余達(dá)太;主動(dòng)式控制──機(jī)器人抑振控制的有效方式[J];機(jī)器人;1995年04期

4 盧桂章;當(dāng)前高技術(shù)發(fā)展的前沿——機(jī)器人技術(shù)[J];天津科技;1995年01期

5 蘇陸;日本機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)品[J];全球科技經(jīng)濟(jì)w，

本文編號(hào)：557013