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挖掘机触觉感知挖掘的研究

作　者: 张园成
导　师: 张远深
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 触觉感知位置/力控制模糊自适应阻抗控制振动挖掘
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

液压挖掘机是一种功能典型、工况复杂、用途非常广泛的工程机械。随着计算机技术、电子技术、传感器技术、机电一体化技术的发展,液压挖掘机也正逐渐成为多种高新技术综合集成的载体,向着高效率、高可靠性、安全节能及自动化、智能化的方向发展。智能挖掘机的最终目的是代替传统的挖掘机,以拓展应用领域,适应恶劣的工作环境,提高任务质量,同时降低成本。本文在传统挖掘机的基础上,增强挖掘机感知能力,提出了发展触觉感知挖掘机,并对整机控制系统架构,功能及挖掘作业的控制进行了尝试性的探索。针对触觉感知挖掘作业需要,确定了挖掘机触觉感知作业的功能要求和总体方案。参阅相关资料建立了挖掘机工作装置的运动学和动力学模型,并讨论了挖掘机触觉增强系统设计及控制算法。基于AMESim和SIMLINK,建立了针对挖掘机系统仿真模型。基于联合仿真模型,研究了触觉增强力、位控制、振动挖掘、阻抗控制及障碍物表面跟踪等典型工况的控制算法。并对仿真结果进行了分析,得出如下的结论:1,轨迹控制,这样一种刚性控制,显然不能满足实现工作环境的需要。在实际上加入柔性的控制,及力的控制,在调整位置控制的同时,可以避免挖掘过程中的冲击。2,通过对铲斗挖掘中力与位置的开关切换控制和阻抗控制的结果来看,力与位置的切换控制,因为其控制模式的切换,当从一种控制向另一种控制切换时,会为系统带来冲击,阻抗控制更加适合于在控制过程,分界面发性冲击时的缓冲,实现位置和力控制的统一控制。3,采用基于力和位置的混合控制,可以完成对障碍物的表面进行跟踪。4,不同的土质地条件有各自适合的挖掘方式。采用合适的挖掘方法,可以更好发挥出机器的潜能。为以后的进一步研究做了理论准备和指明了方向。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章绪论  9-13
  1.1 国内外研究现状综述  9-11
  1.2 本文研究内容  11-12
  1.3 课题的创新性  12-13
第2章挖掘机作业分析  13-35
  2.1 挖掘作业概况  13-14
    2.1.1 挖掘机作业流程  13
    2.1.2 触觉感知挖掘机功能要求  13-14
  2.2 挖掘作业与环境相互作用  14-22
    2.2.1 岩土破坏机理  14-18
    2.2.2 铲斗受力分析  18-19
    2.2.3 挖掘力数学模型  19-22
  2.3 机器触觉  22-23
  2.4 挖掘机作业装置的数学建模  23-32
    2.4.1 运动学正解  23-24
    2.4.2 运动学逆解  24-27
    2.4.3 动力学模型  27-32
  2.5 挖掘作业控制  32-35
  2.6 本章小结  35
第3章挖掘机触觉感知系统结构设计  35-43
  3.1 系统结构  35-38
  3.2 传感网络  38-39
  3.3 工况负载识别  39-41
  3.4 控制决策  41-43
  3.5 本章小结  43
第4章挖掘机触觉感知系统设计及仿真  43-68
  4.1 执行系统模型  44-49
    4.1.1 作业装置机械系统  44-46
    4.1.2 作业装置液压系统  46-49
  4.2 关节伺服控制设计  49-58
    4.2.1 位置控制  50-52
    4.2.2 力控制  52-56
    4.2.3 阻抗控制  56-58
  4.3 挖掘作业控制设计  58-68
    4.3.1 铲斗挖掘  60-63
    4.3.2 振动挖掘  63-65
    4.3.3 表面跟踪  65-68
  4.4 本章小结  68
总结与展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
附录 A(攻读学位期间发表的学术论文目录)  74

挖掘机触觉感知挖掘的研究

内容摘要

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