基于WindowsCE的挖掘機(jī)器人軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、挖掘機(jī)的智能化和機(jī)器人化已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，并開(kāi)始在實(shí)際應(yīng)用中逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。本文正是在這樣的背景下，結(jié)合國(guó)家863課題對(duì)挖掘機(jī)器人的軌跡規(guī)劃在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)做了比較細(xì)致而深入的研究。 論文首先搭建了用于實(shí)現(xiàn)上位軌跡規(guī)劃的軟硬件平臺(tái)，詳細(xì)比較了Linux，WindowsCE和VxWorks的實(shí)時(shí)性、圖形用戶界面、開(kāi)發(fā)效率和價(jià)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(tái)，另外還按照實(shí)際需求

2、定制了WindowsCE系統(tǒng)。 本文重點(diǎn)建立了普通挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，得到了直角坐標(biāo)空間、關(guān)節(jié)空間和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)空間之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用雅克比矩陣解決了油缸運(yùn)動(dòng)速度和加速度的求解問(wèn)題；應(yīng)用拉格朗日方程求解了各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而得到了驅(qū)動(dòng)油缸的計(jì)算受力和理論液壓壓力。文章還對(duì)動(dòng)臂偏轉(zhuǎn)、斗桿偏轉(zhuǎn)和鏟斗偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的新式挖掘機(jī)正運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，得到了斗桿偏轉(zhuǎn)型挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。 論文主要在笛卡兒空間對(duì)挖掘機(jī)器人進(jìn)

3、行了水平直線和斜線的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。為使鏟斗末端達(dá)到期望的運(yùn)動(dòng)速度，利用等時(shí)間間隔發(fā)送規(guī)劃數(shù)據(jù)的方法控制被控對(duì)象在某時(shí)刻達(dá)到相應(yīng)期望值，避免了測(cè)速環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)。論文還建立了挖掘機(jī)工作裝置的ADAMS模型，并將Matlab規(guī)劃結(jié)果導(dǎo)入ADAMS實(shí)現(xiàn)了可視化運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也可以驗(yàn)證規(guī)劃結(jié)果和對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。 本文在WindowsCE系統(tǒng)上用Embedded Visual C++編寫(xiě)了嵌入式軌跡規(guī)劃軟件，不僅實(shí)現(xiàn)了類似于ADAMS的

4、動(dòng)態(tài)仿真，而且建立了WindowsCE與控制器的CAN總線通信，并通過(guò)總線接收控制器發(fā)送的傾角傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的圖形導(dǎo)引和參數(shù)監(jiān)控。軟件使用多線程技術(shù)和雙緩沖繪圖保證了程序的實(shí)時(shí)響應(yīng)和無(wú)閃爍繪圖。論文還對(duì)程序關(guān)鍵部分測(cè)定了運(yùn)行時(shí)間，獲取了影響軟件實(shí)時(shí)性的因素并對(duì)其進(jìn)行了程序優(yōu)化。 論文最后對(duì)控制器編制了程序，采用PID算法輸出PWM電流控制各個(gè)桿件的驅(qū)動(dòng)油缸對(duì)規(guī)劃出的直線軌跡進(jìn)行了跟蹤實(shí)驗(yàn)，跟蹤結(jié)果能夠保持在50