油田抢喷机器人动力学与控制特性仿真研究

发布时间：2024-03-31 14:06

　　油田抢喷机器人是在井喷发生后能够自动完成抢喷阀安装的机器人。井喷发生后应立即采取抢险措施,否则会对国家财产造成巨大的损失。而目前,井喷抢险任务主要由人来完成,其工作环境恶劣、危险。因此,研制出可以代替人完成井喷抢险任务的自动装备或机器人具有重要意义。本文研发的油田抢喷机器人针对修井过程中发生的井喷,其主要内容如下:根据井喷抢险任务要求提出油田抢喷机器人的结构方案。基于D-H矩阵法建立油田抢喷机器人的运动学模型,推导驱动关节与机器人末端的位置关系和速度关系。依据位置分析结果对机器人臂部连杆进行解耦优化,使得机器人末端位移与驱动关节位移呈比例关系,减小机械磨损,降低控制难度。基于拉格朗日法对油田抢喷机器人进行动力学分析,建立施加在驱动关节上的力或力矩与各关节之间运动关系的表达式。分别应用MATLAB和ADAMS对机器人进行动力学仿真分析,对比分析结果验证所推导动力学方程的正确性。搭建基于ADAMS与MATLAB的动力学联合仿真模型,研究随抢喷阀位置变化而变化的井喷冲击力对机器人驱动力的影响,为控制方案的设计和伺服电机的选取提供理论依据。为提高机器人在抢喷作业时的控制性能,将模糊控制思想与常...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 油田井喷抢险装置研究现状
    1.3 机器人技术的研究现状
        1.3.1 机器人运动学研究现状
        1.3.2 机器人动力学研究现状
        1.3.3 机器人虚拟样机技术研究现状
        1.3.4 机器人控制策略研究现状
    1.4 本论文主要研究内容
第二章 油田抢喷机器人的运动学分析
    2.1 引言
    2.2 油田抢喷机器人结构方案
    2.3 油田抢喷机器人运动学分析
        2.3.1 位置正解分析
        2.3.2 位置反解分析
        2.3.3 速度正解分析
        2.3.4 速度反解分析
    2.4 基于ADAMS的运动学仿真分析
    2.5 本章小结
第三章 油田抢喷机器人的动力学分析
    3.1 引言
    3.2 油田抢喷机器人动力学模型建立
        3.2.1 机器人动力学一般方程推导
        3.2.2 油田抢喷机器人动力学方程建立
        3.2.3 机器人动力学模型正确性的验证
    3.3 抢喷作业环境下的机器人动力学仿真分析
        3.3.1 井喷环境下抢喷阀的运动受力分析
        3.3.2 电机理想输出速度分析
        3.3.3 基于ADAMS与MATLAB的油田抢喷机器人动力学仿真分析
    3.4 本章小结
第四章 油田抢喷机器人控制特性研究及仿真分析
    4.1 引言
    4.2 油田抢喷机器人臂部交流伺服控制方案
    4.3 油田抢喷机器人臂部交流伺服控制系统建模
        4.3.1 交流伺服电机机械模型
        4.3.2 交流伺服电机控制模型
    4.4 机器人臂部伺服控制系统的模糊PID控制
        4.4.1 模糊PID控制器的基本原理
        4.4.2 模糊PID控制器设计
    4.5 油田抢喷机器人控制特性仿真分析
        4.5.1 臂部交流伺服控制系统模型搭建
        4.5.2 油田抢喷机器人联合仿真控制系统搭建
        4.5.3 联合仿真结果分析
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
致谢



本文编号：3944041