环卫机械手控制系统研究

发布时间：2017-10-05 04:07

  本文关键词：环卫机械手控制系统研究

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【摘要】：机器人技术是一种涵盖多门学科的典型数字化智能设备。随着计算机科学技术、网络通信技术、传感器技术、嵌入式技术、机器视觉技术等前沿科技的迅猛发展,传统的工业制造机器人技术向各个领域渗透,催生出种类繁多、功能各异、高智能化机器人产品,极大地促进了社会经济的发展和进步。串联机械臂作为机器人大家族中的重要角色,其发展水平代表着一个国家工业化进程的高低。论文研究的对象是自主研发的环卫机械手臂,在应用软件Proe进行三维建模的基础上,对环卫机械手臂研究背景、研究意义和关键技术研究现状做了详细介绍;结合三维模型和具体机械结构采用D-H法构建了环卫机械手臂数学建模,在此基础上重点分析了环卫机械手臂运动学正/逆解问题,得到了臂架系统作业空间中任意有效点和臂架系统各关节变量间的关系表达式,给出了一种有效的关节变量的求逆解思路。完成了对机械手臂运动学正/逆解算法在MATLAB软件下机器人工具箱的仿真,进一步验证了运动学分析的正确性。其次,介绍了点对点运动和连续运动的概念,重点分析了机器人的关节空间轨迹规划方法,讨论了三次插值法、五次插值法、过路径点的三次插值法和带抛物线的线性插值法,并通过仿真软件MATLAB得出了仿真曲线,通过仿真数据进一步分析了这些轨迹规划方法各自的优缺点,接着分析了环卫机械手的工作情况,以其实际工作情况在MATLAB的SimMechanics Toolbox中进行关节空间仿真。最后,通过分析臂架实际作业时的性能要求,确立了环卫机械手臂控制系统的设计方案,给出了整体臂架系统的控制原理,同时交代清楚了臂架各节臂控制原理,在此基础上选用PLC作为主控制器并采用PID控制策略,给出合理程序流程图和环卫机械手电液控制系统框图,为后续环卫机械手臂智能化控制系统研发奠定了基础。
【关键词】：环卫机械手 运动学 轨迹规划 MATLAB仿真
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题来源与研究背景8-9
• 1.1.1 课题的来源8
• 1.1.2 课题的研究背景8-9
• 1.2 课题的研究目的和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状及分析10-12
• 1.3.1 国外研究现状10-12
• 1.3.2 国内研究现状12
• 1.4 本课题主要研究内容12-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第2章 环卫机械手臂运动学分析15-39
• 2.1 运动学控制对象分析15-16
• 2.2 主臂架运动学分析与求解16-33
• 2.2.1 标准D-H法参数法介绍16-19
• 2.2.2 主臂架运动学分析19-22
• 2.2.3 主臂架运动学正解分析22-24
• 2.2.4 主臂架运动学逆解分析24-30
• 2.2.5 臂架运行轨迹离散化分析30-32
• 2.2.5.1 离散化步长的选取30-31
• 2.2.5.2 离散化过程31-32
• 2.2.6 执行元件运动分析32-33
• 2.3 环卫机械手臂正运动学仿真33-37
• 2.4 环卫机械手臂逆运动学仿真37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 环卫机械手臂轨迹规划研究39-53
• 3.1 环卫机械手运动轨迹规划概述39-40
• 3.2 环卫机械手臂关节空间轨迹规划40-46
• 3.2.1 采用三次多项式插值函数描述41-42
• 3.2.2 采用过路径点的三次多项式插值函数描述42-43
• 3.2.3 采用五次多项式插值函数描述43-44
• 3.2.4 采用抛物线过渡线性插值函数描述44-46
• 3.3 环卫机械手臂架姿态分析46-50
• 3.4 环卫机械手臂工作空间仿真50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 环卫机械手控制系统设计53-66
• 4.1 实际工况对臂架的性能要求53-55
• 4.1.1 臂架手动控制和自动控制53-54
• 4.1.2 臂架智能展开和收回功能54
• 4.1.3 臂架智能避障功能54-55
• 4.2 臂架控制系统总体控制原理55-60
• 4.2.1 臂架总体控制原理55-56
• 4.2.2 臂架各节臂控制原理56
• 4.2.3 各种传感器选择56-58
• 4.2.4 主控制器的确立58-60
• 4.2.4.1 PID控制原理58-59
• 4.2.4.2 PID参数整定59-60
• 4.3 臂架控制系统实施方案60-63
• 4.3.1 控制面板定制60-62
• 4.3.2 臂架一键展开和折回62-63
• 4.4 臂架控制系统程序设计方案63-64
• 4.5 臂架电液控制系统设计64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 总结和展望66-68
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 附录73

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2 孙泽涛;环卫机械手控制系统研究[D];湖北工业大学;2016年

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本文编号：974647