本文關(guān)鍵詞：新型磨機(jī)換襯板機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

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【摘要】：磨機(jī)是礦山選礦中使用的重要設(shè)備,內(nèi)部襯板由于長(zhǎng)期經(jīng)受磨體和物料的沖擊,極易被磨損破壞,實(shí)際工程中,礦企會(huì)視襯板磨損破壞情況定期更換襯板。國(guó)內(nèi)礦企普遍采用吊裝作業(yè)方式進(jìn)行襯板更換,這種落后的換襯板方式十分耗時(shí),延長(zhǎng)磨機(jī)停機(jī)時(shí)間,且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,人身安全得不到保障。本文以國(guó)內(nèi)某礦企?4.8×13.8m型球磨機(jī)及相應(yīng)襯板為對(duì)象,針對(duì)全新的換襯板機(jī)械手本體,以開發(fā)設(shè)計(jì)出一套多自由度磨機(jī)更換襯板機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為目的,主要進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容包括:(1)運(yùn)用D-H參數(shù)法構(gòu)建各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系,推導(dǎo)機(jī)械手的正運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算公式,然后對(duì)機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行求解。由于結(jié)構(gòu)不滿足Pieper準(zhǔn)則而難以運(yùn)用齊次逆變換法求出封閉解,于是文中詳細(xì)闡述了基于正運(yùn)動(dòng)學(xué)的雅克比矩陣迭代求解法,但該方法求解較為繁瑣,耗時(shí)很長(zhǎng),所求解為唯一解,因此不適合工程運(yùn)用。在觀察各目標(biāo)點(diǎn)的逆解,發(fā)現(xiàn)機(jī)械手6軸相對(duì)于5軸基本都保持在92°左右,于是將6軸當(dāng)作一個(gè)外軸,再次運(yùn)用齊次逆變換法對(duì)機(jī)械手進(jìn)行求解,成功求出其封閉解。(2)研究機(jī)械手的軌跡生成,為使機(jī)械手在運(yùn)行過程中不會(huì)受到?jīng)_擊力作用,需保證各關(guān)節(jié)加速度連續(xù)。在通用型機(jī)器人研究方法基礎(chǔ)上,針對(duì)磨機(jī)換襯板機(jī)械手的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行部分優(yōu)化,關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃采用5次多項(xiàng)式插值法,笛卡爾空間下的直線位置規(guī)劃采用多項(xiàng)式擬合的梯形加速度控制曲線,直線姿態(tài)規(guī)劃采用基于四元數(shù)的球面線性插值法。最后在Matlab和Solidworks Mtion環(huán)境下分別做了機(jī)械手PTP和CP運(yùn)動(dòng)控制仿真,從仿真結(jié)果來看,能夠保證機(jī)械手整個(gè)工作過程中軌跡平滑、運(yùn)行平穩(wěn)。(3)采用牛頓—?dú)W拉法推導(dǎo)磨機(jī)換襯板機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)動(dòng)力學(xué)方程中的重力、慣量和哥氏力與離心力項(xiàng)分別進(jìn)行了詳細(xì)分析,得出結(jié)論:重力矩占據(jù)動(dòng)力學(xué)特性的主導(dǎo)地位,慣量項(xiàng)及關(guān)節(jié)1的哥氏力與離心力項(xiàng)也是影響機(jī)械手軌跡精度的主要因素。(4)對(duì)磨機(jī)換襯板機(jī)械手的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先將機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)看做是獨(dú)立關(guān)節(jié),利用基于平均重力補(bǔ)償?shù)腜D控制設(shè)計(jì)其控制律,在Matlab\Simulink中建立控制系統(tǒng)仿真模型,并通過動(dòng)力學(xué)逆運(yùn)算及運(yùn)用歐拉積分得到機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)子模塊。從軌跡跟蹤響應(yīng)來看,簡(jiǎn)單的線性控制對(duì)于磨機(jī)換襯板機(jī)械手而言具有較高的穩(wěn)態(tài)精度,但軌跡跟蹤存在一定誤差。為進(jìn)一步提高磨機(jī)換襯板機(jī)械手的軌跡控制精度,采用一種基于模型的計(jì)算力矩法,在控制律中計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)以“抵消”系統(tǒng)的非線性因素,得到一個(gè)解耦的、線性的系統(tǒng),并建立仿真模型。仿真結(jié)果表明,各關(guān)節(jié)的軌跡跟蹤精度控制在1%以內(nèi),且穩(wěn)態(tài)誤差也遠(yuǎn)低于1%,表明該方法對(duì)于提高機(jī)械手的控制精度具有明顯效果。
【關(guān)鍵詞】：磨機(jī)換襯板機(jī)械手 運(yùn)動(dòng)控制 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 工程背景10-11
• 1.2 課題研究目的和意義11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外磨機(jī)更換襯板機(jī)械手發(fā)展研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 磨機(jī)換襯板作業(yè)過程介紹14-15
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 磨機(jī)換襯板機(jī)械手連桿運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)16-34
• 2.1 磨機(jī)換襯板機(jī)械手本體介紹16-19
• 2.2 機(jī)械手空間描述與變換19-24
• 2.2.1 位置與姿態(tài)描述19-20
• 2.2.2 齊次坐標(biāo)變換20-21
• 2.2.3 換襯機(jī)械手連桿坐標(biāo)系與齊次變換矩陣21-23
• 2.2.4 機(jī)械手的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解23-24
• 2.3 磨機(jī)換襯板機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析24-33
• 2.3.1 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)值解25-30
• 2.3.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的封閉解30-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 磨機(jī)換襯板機(jī)械手的軌跡生成34-48
• 3.1 機(jī)械手軌跡生成概述34
• 3.2 機(jī)械手軌跡的關(guān)節(jié)空間規(guī)劃34-38
• 3.2.1 三次多項(xiàng)式插值34-36
• 3.2.2 五次多項(xiàng)式插值36-38
• 3.3 機(jī)械手軌跡的笛卡爾空間規(guī)劃38-43
• 3.3.1 直線位置規(guī)劃38-40
• 3.3.2 直線姿態(tài)規(guī)劃40-43
• 3.4 軌跡仿真43-47
• 3.4.1 Matlab 環(huán)境下的機(jī)械手軌跡仿真44-45
• 3.4.2 Solidworks Motion 環(huán)境下的機(jī)械手軌跡仿真45-47
• 3.5 本章小節(jié)47-48
• 第四章 磨機(jī)換襯機(jī)械手連桿動(dòng)力學(xué)分析48-59
• 4.1 動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)48-55
• 4.2 動(dòng)力學(xué)結(jié)果分析55-58
• 4.2.1 重力項(xiàng)55-56
• 4.2.2 慣量56-57
• 4.2.3 哥氏力與離心力項(xiàng)57-58
• 4.3 本章小節(jié)58-59
• 第五章 磨機(jī)換襯板機(jī)械手控制器的初步設(shè)計(jì)59-69
• 5.1 機(jī)械手的線性控制59-65
• 5.1.1 控制律設(shè)計(jì)59-61
• 5.1.2 動(dòng)力學(xué)仿真61-62
• 5.1.3 控制系統(tǒng)仿真62-65
• 5.2 機(jī)械手的非線性控制65-68
• 5.2.1 控制律設(shè)計(jì)65-66
• 5.2.2 控制系統(tǒng)仿真66-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 不足與展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 致謝73-74
• 攻讀學(xué)位期間研究成果74-75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：854135