液压拆除机器人工作臂的运动控制研究

发布时间：2020-04-29 11:49

【摘要】：近年来,液压拆除机器人凭借其安全高效的作业方式在废旧建筑拆除、核能去污、应急救援等方面应用越来越广泛,而现代机器人更注重其自动化和智能化,而实现其自动化关键在于工作臂的自动化。因此本文针对机器人工作臂的运动控制进行研究,内容如下:首先,针对机器人工作臂进行了运动学分析,基于D-H坐标法建立工作臂的运动学模型,并对工作臂进行正逆运动学求解,得到了工作臂的极限工作尺寸;基于SolidWorks和ADAMS软件对工作臂进行联合仿真分析,求解得到了工作臂的工作范围曲线及末端位置变化曲线;将两种计算结果与实际测量数据进行对比分析,验证了工作臂理论模型的正确性,为工作臂的结构优化设计和控制提供了理论依据。其次,针对工作臂的液压控制系统,首先对电液比例控制系统各元件简化并对其数学建模,得到了电液比例控制系统的传递函数,并验证了系统的稳定性;针对其控制效果差,设计了符合本系统的PID控制器,并基于Simulink搭建了PID仿真模型,仿真结果表明PID控制算法对本系统有效但效果不够显著。最后,针对电液比例控制系统的控制策略进行研究,基于Lyapunov稳定性定理,根据滑模变结够控制理论设计控制器,并结合神经网络控制算法,设计神经网络滑模控制器;基于Simulink分别搭建两种控制系统模型进行仿真分析,仿真结果表明在滑模变结构控制下,系统的跟踪性能和响应速度有明显的提升;神经网络滑模控制下系统的控制性能较滑模控制更加优越,对比分析验证了神经网络对滑模控制的优化有效且效果显著。
【图文】：

国外瑞典 Brokk 公司研制生产拆除机器人应用最为广泛，主要产品rokk40--330 系列拆除机器人，如图 1.1 所示。Brokk 机器人可以搭载多种工并可以实现快速换装，实现抓取、破碎、刨铣、挖掘等功能，现已成功应用筑拆除、抢险救援、隧道开挖、核设施退役及冶金炉窑的打渣和内衬拆除等。其中 Brokk400 凭借灵活的机动性、巨大的冲击力、超大作业半径等优点国内拆除领域备受到青睐。此外德国 TOPTEC 公司生产的 TopTec 系列拆除机，如图 1.2 所示。主要用于工业生产和各类钢筋凝土建筑的拆除，主要产品OPTEC1850E/2500/4500/5500等拆除机器人，其中TOPTEC5500工作范围高达7举重量达 1280kg；芬兰 AVANT 公司在原来 FINMAC F16 的基础上设计的 AVAOBOT185 机器人，主要用于建筑拆除；美国 Stanley Black＆Decker 公司设产的 Stanley Black＆Decker F16 拆除机器人，能够自动调整支腿的高度中 AVANT ROBOT185 和 Stanley Black＆Decker F16 拆除机器人均采用镂空作臂，可以有效减轻自重[5-8]。

国外瑞典 Brokk 公司研制生产拆除机器人应用最为广泛，主要产品rokk40--330 系列拆除机器人，如图 1.1 所示。Brokk 机器人可以搭载多种工并可以实现快速换装，实现抓取、破碎、刨铣、挖掘等功能，现已成功应用筑拆除、抢险救援、隧道开挖、核设施退役及冶金炉窑的打渣和内衬拆除等。其中 Brokk400 凭借灵活的机动性、巨大的冲击力、超大作业半径等优点国内拆除领域备受到青睐。此外德国 TOPTEC 公司生产的 TopTec 系列拆除机，，如图 1.2 所示。主要用于工业生产和各类钢筋凝土建筑的拆除，主要产品OPTEC1850E/2500/4500/5500等拆除机器人，其中TOPTEC5500工作范围高达7举重量达 1280kg；芬兰 AVANT 公司在原来 FINMAC F16 的基础上设计的 AVAOBOT185 机器人，主要用于建筑拆除；美国 Stanley Black＆Decker 公司设产的 Stanley Black＆Decker F16 拆除机器人，能够自动调整支腿的高度中 AVANT ROBOT185 和 Stanley Black＆Decker F16 拆除机器人均采用镂空作臂，可以有效减轻自重[5-8]。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242;TP273

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本文编号：2644542