二自由度机械臂无接触式洗车机控制系统研究

发布时间：2020-09-15 13:55

　　随着社会快速发展,汽车数量在不断增加,洗车是汽车养护的一部分,越来越多的人开始重视洗车。传统的人工洗车需要耗费大量的人力资源,而且存在水资源浪费、洗车效率低等不足。本文提出一种二自由度机械臂无接触式洗车机控制系统,占地面积小,清洗效率高。本文首先分析了自动洗车机的功能需求,提出了自动洗车机的系统方案,对系统结构进行了总体设计,介绍了系统的工作流程,分析了汽车位置检测、运行状态区分等几个关键问题以及给出了几种解决方案。在总体方案确定以后,本文进行了二自由度机械臂模型的搭建以及仿真,给出了控制算法,并且结合理论得出仿真结果,对仿真结果进行了分析,验证了方案的可行性。其次,对机械臂控制系统进行了硬件设计。对洗车机的控制部件、检测部件、驱动部件以及人机交互部件进行了硬件选型以及原理设计,选择了台达DVP10MC11T运动控制器作为系统的控制器,选择了台达ASDA-A2伺服系统作为系统的驱动部件,选择了倍加福UC4000-30GM-IUR2-V15超声波传感器来进行位置检测,选择了台达DOP-B07S410作为人机交互。接着,对自动洗车机控制系统的软件程序进行了设计,介绍了系统的主程序、状态判断程序、功能与状态选择程序、清洗控制程序流程以及运行状态显示程序的流程图。并给出了部分程序。最后进行了现场的调试,验证了设计方案的有效性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP241;U472
【部分图文】：

轮廓,简化模型,点划线,机械臂

制算法的控制效果，根据结果来调整控制算法的参数，己得到最佳的控制效果。逡逑设计控制算法之前，需要对该二自由度机械臂进行模型构建［２（）＿２３］。逡逑图３．１为本二连杆机械臂洗车机系统的简化模型。逡逑？邋ｙ逡逑超声波与逡逑车身的距逡逑离ｄ逡逑＾？５逡逑（ｘ＾Ｘ逡逑逦＾逡逑－＾逦ｒ逡逑！逦Ｉ逡逑ｉ逦ｉｆ逡逑ｉ逦ｉ逦＆逡逑？轮逡逑！逡逑ｉ逦ｊ逡逑图３．１二连杆机械臂系统简化模型图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．１邋Ｔｗｏ－ｌｉｎｋ邋ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑图３．１中，点划线代表的是车身的轮廓（近似轮廓）。定义图中与原点连接的逡逑机械臂为大臂，定义与大臂连接的机械臂为小臂，本二连杆机械臂系统具有两个逡逑关节和两个自由度，两个关节分别有两个驱动装置独立驱动控制，其中这两个臂逡逑（大臂和小臂）的长度均为Ｌ，机械臂末端（指小臂末端）到原点的距离为Ｄ，角逡逑０为Ｄ边与ｘ轴正方向上侧的夹角（坐标系中的正角），角ａ为大臂与ｘ轴正方向逡逑１１逡逑

线段图,机械臂,初始位置

为了使仿真更加的切合实际，在搭建仿真模型中各个参数都按照实际的大小逡逑进行设置，其中Ｌ臂的长度设为１３００＿，给定一个机械臂的初始位置，ａ＝５７ｉ／３，逡逑Ｐ＝ｔｉ／３，对应到直角坐标系中的坐标为（１３００，０），给定的机械臂的初始位置如图３．５逡逑所示。逡逑Ｙ友扢位逡逑＾邋ｍｍｉ逡逑Ｖ逡逑图３．５机械臂初始位置图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．５邋Ａｒｍ邋ｉｎｉｔｉａｌ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑打开ＭＡＴＬＡＢ邋Ｒ２０１４ａ，按照之前的模型进行Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型搭建。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ逡逑１７逡逑

机械臂,初始位置,仿真模型

0逦ｍ逦４［0逦６００逦ｍ逦ｉｏｃｏ逦１２００逦ｕｍ逦１６００逡逑ｘ万向位Ｓ邋（ｍｍ）逡逑图３．４仿真给定线段图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．４邋Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｇｉｖｅｎ邋ｃｕｒｖｅ逡逑给定参照有了，接下来，在ＭＡＴＬＡＢ中搭建Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型［３￣３２］。逡逑为了使仿真更加的切合实际，在搭建仿真模型中各个参数都按照实际的大小逡逑进行设置，其中Ｌ臂的长度设为１３００＿，给定一个机械臂的初始位置，ａ＝５７ｉ／３，逡逑Ｐ＝ｔｉ／３，对应到直角坐标系中的坐标为（１３００，０），给定的机械臂的初始位置如图３．５逡逑所示。逡逑Ｙ友扢位逡逑＾邋ｍｍｉ逡逑Ｖ逡逑图３．５机械臂初始位置图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．５邋Ａｒｍ邋ｉｎｉｔｉａｌ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑打开ＭＡＴＬＡＢ邋Ｒ２０１４ａ，按照之前的模型进行Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型搭建。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ逡逑１７逡逑

【参考文献】