盾构机换刀机械手的轨迹规划与轨迹跟踪研究

发布时间：2021-08-01 07:16

　　盾构机（Shield Machine）换刀任务主要是由作业人员进入高压泥水舱进行刀具的检查和更换。在进行换刀工作的时候,工作人员是工作在高压的环境中,会对人体健康产生较大的影响。因此设计代替人工换刀的机械手来更换磨损的刀具,不仅避免了人工带压进舱作业的危险,而且还提高了换刀效率和加快了工期进程。本文主要研究目的是控制机械手完成换刀任务,主要研究了两大部分内容盾构机换刀机械手的轨迹规划和轨迹跟踪。首先,用Solidworks把盾构机换刀机械手的三维模型设计出来并且作为研究对象,结合其模型来研究机械手的运动学。描述了机械手位姿及空间坐标变换,确定了盾构机换刀机械手的D-H参数并建立了D-H参考坐标系。用Robotics Toolbox把机械手的运动学模型建立起立和进行模型仿真。最后计算换刀机械手的正运动学得到转换矩阵和用逆运动学得到各关节角,同时用Robotics Toolbox来仿真验证。然后,以盾构机换刀机械手为对象,对其每个关节进行轨迹规划。分别介绍和对比了关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划的优点与缺点。机械手的关节空间轨迹规划包括三次多项式插值方法和五次多项式插值方法。经过分析对... 

【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

机械手系统结构

用户的输入指令和把指令变成各种力矩来控制机械手，这样就可以实现用户轨迹。如图 1.1 所示表明了所有机械手的构成。械手轨迹跟踪控制的目的就是用户输入期望的轨迹，经过控制器的计算输出节的伺服电机，这样会使机械手跟踪上理想轨迹[28]。然而，从控制工程的角械手系统是具有强耦合、高非线性和多变量的复杂系统。在机械手控制时有比如很难获取精确的机械手数学模型，外界环境的干扰和负载变化的影响等度上影响着机械手控制系统的控制性能。如图 1.2 所示为实际轨迹跟踪期望

10手 D-H 坐标系建立刀机械手的三维模型如图 2.3 所示，该机械手是串联型关座部分、伸缩旋转部分和换刀执行器。刀机械手总共有 1 个移动关节和 5 个转动关节，其中 1 和节为径向转动，5 水平移动关节。换刀机械手的各56l、θ，关节 2、3、6 的 Z 轴方向均向外垂直纸面。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的机械手运动学分析与仿真[J]. 陈洋,管殿柱.  湖北汽车工业学院学报. 2016(04)
[2]2016年工业机器人的博弈之路[J]. 杨得润.  电气时代. 2016(04)
[3]一种模块化机械臂的设计与运动学分析[J]. 闫继宏,郭鑫,刘玉斌,赵杰.  哈尔滨工业大学学报. 2015(01)
[4]基于径向基函数神经网络的多关节机器人滑模控制器[J]. 邵克勇,马千惠,邹运,高杰,韩丽娟.  计算机测量与控制. 2014(05)
[5]新型盾构机刀具磨损检测技术研究[J]. 朱英伟,郑立波,张洪涛.  施工技术. 2014(01)
[6]模糊PID控制方法的仿真和研究[J]. 朱琰,李曼珍.  仪表技术. 2013(12)
[7]盾构法施工超高水压换刀技术研究[J]. 陈馈.  隧道建设. 2013(08)
[8]ESN网络在机器人轨迹跟踪控制中的应用[J]. 杜佩君.  自动化仪表. 2013(06)
[9]国内外盾构机刀盘和刀具研究现状概况[J]. 杨明,熊计,郭智兴,万维财.  工具技术. 2013(04)
[10]机械手笛卡尔空间轨迹规划研究[J]. 林仕高,刘晓麟,欧元贤.  机械设计与制造. 2013(03)

博士论文
[1]基于回声状态网络的非线性时间序列预测方法研究[D]. 王建民.哈尔滨工业大学 2011

硕士论文
[1]盾构滚刀磨损检测技术研究[D]. 赵红霞.石家庄铁道大学 2015
[2]基于递归神经网络的机器人建模与控制研究[D]. 杜佩君.兰州交通大学 2013
[3]四自由度机械手轨迹规划及运动控制[D]. 张升.长安大学 2012
[4]工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究[D]. 陈伟华.华南理工大学 2010
[5]基于反演算法的移动焊接机器人轨迹跟踪控制仿真[D]. 刘艳.上海交通大学 2010



本文编号：3315055