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题名液压凿岩机器人机械臂轨迹规划研究
被引量：11
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作者
郭锐
石月
李永涛
覃艳明
赵静一
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机构
燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室
浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室
燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室
燕山大学河北省特种运载装备重点实验室
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出处
《中国工程机械学报》
北大核心
2021年第4期289-294,共6页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2019YFB2005204)
国家自然科学基金资助项目(51675461)
流体动力与机电系统国家重点实验室开放基金课题(GZKF-201922)。
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文摘
针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法。构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划。搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线结合液压系统的各部分变量进行参数合理匹配与控制策略优化,从而进行了液压凿岩机器人机械臂轨迹规划验证。研究结果表明:五次多项式的规划方法能精确跟踪期望的关节运动轨迹,同时满足平稳运动和低耗能的要求。
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关键词
液压凿岩机器人
机械臂
运动学
轨迹规划
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Keywords
hydraulic rock-drilling robot
manipulator
dynamics
trajectory planning
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名凿岩机械臂轨迹规划及电液跟踪控制研究
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作者
刘阳
徐巧玉
陈翰文
张正
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机构
河南科技大学机电工程学院
洛阳银杏科技有限公司
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出处
《现代制造工程》
CSCD
北大核心
2023年第12期61-67,90,共8页
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基金
国家自然科学基金项目(51205108)。
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文摘
针对液压凿岩机械臂运动控制的平稳性及跟踪精度问题,提出一种关节空间轨迹规划和电液系统模糊PID跟踪控制方法。首先,基于关节空间五次多项式插值方法对关节的位置、角速度及角加速度进行约束,生成含有时间序列的关节角度变量,通过直接控制关节角度完成轨迹规划。采用智能算法模糊PID对液压缸位移进行跟踪控制,将传感器反馈并计算得到的位移偏差值及其变化率作为模糊控制器的输入,经模糊处理后,把输出的3个参数ΔK_(P)、ΔK_(I)、ΔK_(D)加到PID控制器中以此实现动态调参。在V-REP(Virtual-Robot Experimentation Platform)中建立三维SolidWorks的虚拟样机模型,使用MATLAB软件远程API同步模式控制V-REP验证所提轨迹规划方法对工程实际机械臂的有效性。同时,通过模糊工具箱设计模糊控制器并运用Simulink模块对电液跟踪控制系统进行仿真。V-REP及Simulink仿真结果表明:五次多项式轨迹规划可避免机械臂运动过程中速度及加速度的突变,V-REP中机械臂模型运行平稳;模糊PID能有效提高电液系统的跟踪控制精度,系统响应快速,上升时间不到2 s,最大跟踪误差不超过3.3 mm,该结果可满足凿岩机械臂实际施工作业时规定的误差要求。
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关键词
液压凿岩机械臂
轨迹规划
V-REP
电液控制
模糊PID
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Keywords
hydraulic rock drilling manipulator
trajectory planning
V-REP
electro-hydraulic control
fuzzy PID
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分类号
TP241
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制研究
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作者
刘阳
徐巧玉
贾广山
方梦娟
张正
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机构
河南科技大学机电工程学院
洛阳银杏科技有限公司
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出处
《液压气动与密封》
2023年第9期11-18,共8页
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基金
国家自然科学基金(51205108)。
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文摘
为了使凿岩机械臂末端能够保持期望初始姿态且平稳、准确地移动至目标位置,提出一种基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制方法。首先,基于雅可比矩阵建立机械臂末端广义速度与关节速度关系;然后,分析驱动油缸结构并采用全微分方法建立机械臂关节速度与油缸伸缩速度的函数关系,从而基于末端姿态不变的约束,建立机械臂末端广义速度与油缸伸缩速度的对应关系;最终通过控制器给定相应电信号直接控制各油缸伸缩速度完成对姿态约束下凿岩机械臂末端广义速度的控制。使用MATLAB和V-REP(Virtual Robot Experimentation Platform)软件分别对凿岩机械臂末端速度与关节速度关系以及三角油缸和梁摆动油缸伸缩量与关节角度对应关系进行验证,确保计算过程的正确性。通过现场实验得出数据表明:在末端姿态约束下控制凿岩机械臂保持某一期望初始姿态运动不同时间到达不同位置,凿岩机械臂末端最大姿态角偏差为0.42°,末端位置相对误差不超过0.41%,凿岩机械臂运动平稳,说明该运动控制方法可以在保证平稳运行前提下实现凿岩机械臂末端定位,从而满足工程实际需求。
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关键词
液压凿岩机械臂
姿态约束
雅可比矩阵
油缸伸缩量
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Keywords
hydraulic rock drilling manipulator
attitude constraint
jacobian matrix
cylinder expansion
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分类号
TH137
[机械工程—机械制造及自动化]
TP241
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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