凿岩机器人钻臂运动轨迹控制研究

发布时间：2021-01-23 11:34

　　凿岩机器人作为一种高度自动化的隧道施工设备,可以大幅度提升施工效率,提高钻孔精度,显著改善施工人员工作环境,目前已被广泛运用于钻爆法隧道开挖和矿山开采等领域。双三角钻臂是一种能直接定位的机械钻臂,可以直接将钎头运动至工作面设定的位置,在提升定位效率的同时,其操作方便性也得到了提升。本文以具有双三角钻臂的凿岩机器人为研究对象,开展了钻臂运动控制研究,其主要研究内容如下:钻臂运动中干涉的判别;钻臂执行端点与各个液压缸之间的关系推导;广义预测控制的改进研究。保证钻臂在自动化运行后不会发生干涉是整个凿岩钻臂安全运动的前提。避免干涉的发生,实际上就是避免钻臂的各个部分与自身及环境的最小距离大于零。将钻臂自身简化为杆件组成的模型,通过计算杆件与杆件、杆件与障碍物的最小距离便可由此判断是否发生干涉。凿岩机器人钻臂的运动依靠的是多个液压缸的共同作用,其中尤以左右支臂液压缸,左右俯仰液压缸和大臂液压缸的运行状态对钻臂的轨迹行进和最终定位影响最大。由于左右支臂液压缸和俯仰液压缸在油路设计上本身就考虑了支臂液压缸与俯仰液压缸的协调同步,保证钻臂轨迹能否按预定轨迹运行的关键便是推导出左右支臂液压缸与大臂液压缸... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

凿岩机器人

第一章 绪论系统的不确定模型，这样设计出的神经控制器可以保证闭环系统的络和滑模控制的结合，不仅进一步削弱了滑模控制输入时存在的抖振网络控制器无效时滑膜控制的介入仍能保证系统鲁棒性，从而达到增的。针对钻臂长时间运行后由于间隙增大导致控制效果降低的问题，网络自适应算法为基础，同时加以位置误差和力误差的线性滑模项设实现对位置误差和内力误差的有效控制。

附加的诸多工具箱以及其本身对 C、C++等语言的支持使 MATLAB 在算于其他软件有着明显的优势。在机械系统仿真方面，利用 MATLAB nk/SimMechanics 模块可以完成简单机械结构的仿真，对于结构相对复杂AB 则提供了插件，将 CAD 软件完成的建模进行导入；此外，附加工具箱足以支持凿岩机器人液压部分的仿真。考虑到控制程序在 MATLAB 当中及其诸多优势，故采用 MATLAB 进行控制程序和液压部分的仿真。三维结构模型岩机械臂是一个复杂的机械系统，对其进行完整的建模一方面会大幅度增量，影响解算效率，另一方面对本文仿真所带来的精度提升有限，本文仿证机械臂的运动轨迹及速度跟踪情况，故在建模时对部分零部件进行了简。钻臂运动过程中各部件质心的变化以及惯量对控制的影响最大，因而三部件进行材料的设定，实际上将钻臂各部件的质心及惯量的影响引入进仿达到尽可能反映出钻臂运动中真实状况的目的。建立各部件的建模，完.5 所示：

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]隧道凿岩机器人控制系统及定位误差分析与补偿研究[D]. 谢习华.中南大学 2009

硕士论文
[1]轻型凿岩机器人运动学及力学分析与仿真[D]. 郭娜.东北大学 2006



本文编号：2995140