新型磨機(jī)換襯板機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、磨機(jī)是礦山選礦中使用的重要設(shè)備，內(nèi)部襯板由于長(zhǎng)期經(jīng)受磨體和物料的沖擊，極易被磨損破壞，實(shí)際工程中，礦企會(huì)視襯板磨損破壞情況定期更換襯板。國(guó)內(nèi)礦企普遍采用吊裝作業(yè)方式進(jìn)行襯板更換，這種落后的換襯板方式十分耗時(shí)，延長(zhǎng)磨機(jī)停機(jī)時(shí)間，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，人身安全得不到保障。
　　本文以國(guó)內(nèi)某礦企4.8×13.8m型球磨機(jī)及相應(yīng)襯板為對(duì)象，針對(duì)全新的換襯板機(jī)械手本體，以開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一套多自由度磨機(jī)更換襯板機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為目的，主要進(jìn)行的研究

2、內(nèi)容包括：
　　（1）運(yùn)用D-H參數(shù)法構(gòu)建各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，推導(dǎo)機(jī)械手的正運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算公式，然后對(duì)機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行求解。由于結(jié)構(gòu)不滿足Pieper準(zhǔn)則而難以運(yùn)用齊次逆變換法求出封閉解，于是文中詳細(xì)闡述了基于正運(yùn)動(dòng)學(xué)的雅克比矩陣迭代求解法，但該方法求解較為繁瑣，耗時(shí)很長(zhǎng)，所求解為唯一解，因此不適合工程運(yùn)用。在觀察各目標(biāo)點(diǎn)的逆解，發(fā)現(xiàn)機(jī)械手6軸相對(duì)于5軸基本都保持在92°左右，于是將6軸當(dāng)作一個(gè)外軸，再次運(yùn)用齊次逆變換法對(duì)機(jī)械手進(jìn)行求解，

3、成功求出其封閉解。
　?。?）研究機(jī)械手的軌跡生成，為使機(jī)械手在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)受到?jīng)_擊力作用，需保證各關(guān)節(jié)加速度連續(xù)。在通用型機(jī)器人研究方法基礎(chǔ)上，針對(duì)磨機(jī)換襯板機(jī)械手的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行部分優(yōu)化，關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃采用5次多項(xiàng)式插值法，笛卡爾空間下的直線位置規(guī)劃采用多項(xiàng)式擬合的梯形加速度控制曲線，直線姿態(tài)規(guī)劃采用基于四元數(shù)的球面線性插值法。最后在Matlab和Solidworks Mtion環(huán)境下分別做了機(jī)械手PTP和CP運(yùn)動(dòng)控制仿真

4、，從仿真結(jié)果來(lái)看，能夠保證機(jī)械手整個(gè)工作過(guò)程中軌跡平滑、運(yùn)行平穩(wěn)。
　　（3）采用牛頓—?dú)W拉法推導(dǎo)磨機(jī)換襯板機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程，并對(duì)動(dòng)力學(xué)方程中的重力、慣量和哥氏力與離心力項(xiàng)分別進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出結(jié)論：重力矩占據(jù)動(dòng)力學(xué)特性的主導(dǎo)地位，慣量項(xiàng)及關(guān)節(jié)1的哥氏力與離心力項(xiàng)也是影響機(jī)械手軌跡精度的主要因素。
　?。?）對(duì)磨機(jī)換襯板機(jī)械手的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先將機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)看做是獨(dú)立關(guān)節(jié)，利用基于平均重力補(bǔ)償?shù)腜D控制設(shè)計(jì)其控制

5、律，在Matlab\Simulink中建立控制系統(tǒng)仿真模型，并通過(guò)動(dòng)力學(xué)逆運(yùn)算及運(yùn)用歐拉積分得到機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)子模塊。從軌跡跟蹤響應(yīng)來(lái)看，簡(jiǎn)單的線性控制對(duì)于磨機(jī)換襯板機(jī)械手而言具有較高的穩(wěn)態(tài)精度，但軌跡跟蹤存在一定誤差。為進(jìn)一步提高磨機(jī)換襯板機(jī)械手的軌跡控制精度，采用一種基于模型的計(jì)算力矩法，在控制律中計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)以“抵消”系統(tǒng)的非線性因素，得到一個(gè)解耦的、線性的系統(tǒng)，并建立仿真模型。仿真結(jié)果表明，各關(guān)節(jié)的軌跡跟蹤精度控制在1％以內(nèi)，