基于WindowsCE的挖掘機器人軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、挖掘機的智能化和機器人化已經(jīng)成為國內外的研究熱點，并開始在實際應用中逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢。本文正是在這樣的背景下，結合國家863課題對挖掘機器人的軌跡規(guī)劃在嵌入式系統(tǒng)中的實現(xiàn)做了比較細致而深入的研究。 論文首先搭建了用于實現(xiàn)上位軌跡規(guī)劃的軟硬件平臺，詳細比較了Linux，WindowsCE和VxWorks的實時性、圖形用戶界面、開發(fā)效率和價格等各方面性能，并最終選擇WindowsCE+CAN模式作為規(guī)劃和通信的平臺，另外還按照實際需求

2、定制了WindowsCE系統(tǒng)。 本文重點建立了普通挖掘機工作裝置的運動學和動力學模型，得到了直角坐標空間、關節(jié)空間和驅動機構空間之間的坐標轉換關系，利用雅克比矩陣解決了油缸運動速度和加速度的求解問題；應用拉格朗日方程求解了各關節(jié)的轉矩，進而得到了驅動油缸的計算受力和理論液壓壓力。文章還對動臂偏轉、斗桿偏轉和鏟斗偏轉結構的新式挖掘機正運動學進行了分析，得到了斗桿偏轉型挖掘機的運動學模型。 論文主要在笛卡兒空間對挖掘機器人進

3、行了水平直線和斜線的運動規(guī)劃。為使鏟斗末端達到期望的運動速度，利用等時間間隔發(fā)送規(guī)劃數(shù)據(jù)的方法控制被控對象在某時刻達到相應期望值，避免了測速環(huán)節(jié)，簡化了控制系統(tǒng)。論文還建立了挖掘機工作裝置的ADAMS模型，并將Matlab規(guī)劃結果導入ADAMS實現(xiàn)了可視化運動，同時也可以驗證規(guī)劃結果和對相關參數(shù)進行分析。 本文在WindowsCE系統(tǒng)上用Embedded Visual C++編寫了嵌入式軌跡規(guī)劃軟件，不僅實現(xiàn)了類似于ADAMS的

4、動態(tài)仿真，而且建立了WindowsCE與控制器的CAN總線通信，并通過總線接收控制器發(fā)送的傾角傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了挖掘機器人運動的圖形導引和參數(shù)監(jiān)控。軟件使用多線程技術和雙緩沖繪圖保證了程序的實時響應和無閃爍繪圖。論文還對程序關鍵部分測定了運行時間，獲取了影響軟件實時性的因素并對其進行了程序優(yōu)化。 論文最后對控制器編制了程序，采用PID算法輸出PWM電流控制各個桿件的驅動油缸對規(guī)劃出的直線軌跡進行了跟蹤實驗，跟蹤結果能夠保持在50