高空作業(yè)車(chē)連桿機(jī)構(gòu)定向軌跡即時(shí)生成與控制.pdf

1、工程機(jī)械是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械化程度的標(biāo)志，普遍應(yīng)用于市政建設(shè)、建筑工程、冶金工程、雕刻作業(yè)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及工業(yè)生產(chǎn)中。工程機(jī)械代替人類(lèi)在繁重、危險(xiǎn)的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。由于工程機(jī)械的操作主要依賴(lài)于操作工人的熟練程度和經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際工況中存在許多不確定因素。
　　工程機(jī)械的基本構(gòu)造，從機(jī)構(gòu)學(xué)上來(lái)說(shuō)，都是由工作裝置和油缸系統(tǒng)組成的平面連桿系。從這點(diǎn)出發(fā)，以高空作業(yè)車(chē)為例，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)定向軌跡進(jìn)行深入研究，旨在改善工作

2、條件，簡(jiǎn)化操作，減輕人力消耗，提高安全系數(shù)。
　　第一，以機(jī)器人學(xué)相關(guān)原理為基礎(chǔ)，采用D—H建模方法，建立了高空作業(yè)車(chē)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)學(xué)模型，得到了正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；采用了代數(shù)法和幾何法結(jié)合的方式，得到了連桿機(jī)構(gòu)的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；借助關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，得到了工作平臺(tái)位姿和油缸伸縮量之間的轉(zhuǎn)換公式；提取了MATLAB仿真結(jié)果，驗(yàn)證了逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的正確性。
　　第二，繪制了高空作業(yè)車(chē)連桿機(jī)構(gòu)的SolidWorks三維立體模型，得到其連

3、桿機(jī)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)；分析了連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)學(xué)建模方法；基于拉格朗日函數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型，得到了驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩；結(jié)合 Adams進(jìn)行了連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的仿真，提取了仿真結(jié)果，得到了動(dòng)力學(xué)約束。
　　第三，分析了三項(xiàng)式插補(bǔ)算法以及過(guò)路徑點(diǎn)的三次多項(xiàng)式插值算法在定向軌跡方面的應(yīng)用；提出了三次多項(xiàng)式算法，并在關(guān)節(jié)空間內(nèi)進(jìn)行了軌跡的插值運(yùn)算；根據(jù)高空作業(yè)車(chē)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束，得到了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了軌跡序列即時(shí)

4、更新的目的。
　　第四，研究了控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，得到了控制系統(tǒng)的 Bode圖像，驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；分析了現(xiàn)代控制策略的理論基礎(chǔ)，選擇增量型PID控制算法；通過(guò)試湊法取得了合適的PID控制參數(shù)；利用MATLAB/Simulink建立了連桿控制系統(tǒng)的PID控制模型，驗(yàn)證了PID控制參數(shù)的正確性，有效地減少了油缸的階躍響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差。
　　最后，對(duì)本文研究的內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)例分析仿真，得到了關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡插補(bǔ)函數(shù)的圖像