本文關(guān)鍵詞：新型磨機換襯板機械手運動控制系統(tǒng)設(shè)計與分析

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【摘要】：磨機是礦山選礦中使用的重要設(shè)備,內(nèi)部襯板由于長期經(jīng)受磨體和物料的沖擊,極易被磨損破壞,實際工程中,礦企會視襯板磨損破壞情況定期更換襯板。國內(nèi)礦企普遍采用吊裝作業(yè)方式進行襯板更換,這種落后的換襯板方式十分耗時,延長磨機停機時間,且工人勞動強度大,人身安全得不到保障。本文以國內(nèi)某礦企?4.8×13.8m型球磨機及相應襯板為對象,針對全新的換襯板機械手本體,以開發(fā)設(shè)計出一套多自由度磨機更換襯板機械手運動控制系統(tǒng)為目的,主要進行的研究內(nèi)容包括:(1)運用D-H參數(shù)法構(gòu)建各關(guān)節(jié)坐標系,推導機械手的正運動學計算公式,然后對機械手逆運動學進行求解。由于結(jié)構(gòu)不滿足Pieper準則而難以運用齊次逆變換法求出封閉解,于是文中詳細闡述了基于正運動學的雅克比矩陣迭代求解法,但該方法求解較為繁瑣,耗時很長,所求解為唯一解,因此不適合工程運用。在觀察各目標點的逆解,發(fā)現(xiàn)機械手6軸相對于5軸基本都保持在92°左右,于是將6軸當作一個外軸,再次運用齊次逆變換法對機械手進行求解,成功求出其封閉解。(2)研究機械手的軌跡生成,為使機械手在運行過程中不會受到?jīng)_擊力作用,需保證各關(guān)節(jié)加速度連續(xù)。在通用型機器人研究方法基礎(chǔ)上,針對磨機換襯板機械手的具體設(shè)計進行部分優(yōu)化,關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃采用5次多項式插值法,笛卡爾空間下的直線位置規(guī)劃采用多項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)境下分別做了機械手PTP和CP運動控制仿真,從仿真結(jié)果來看,能夠保證機械手整個工作過程中軌跡平滑、運行平穩(wěn)。(3)采用牛頓—歐拉法推導磨機換襯板機械手的動力學方程,并對動力學方程中的重力、慣量和哥氏力與離心力項分別進行了詳細分析,得出結(jié)論:重力矩占據(jù)動力學特性的主導地位,慣量項及關(guān)節(jié)1的哥氏力與離心力項也是影響機械手軌跡精度的主要因素。(4)對磨機換襯板機械手的控制器進行設(shè)計。首先將機械手的各個關(guān)節(jié)看做是獨立關(guān)節(jié),利用基于平均重力補償?shù)腜D控制設(shè)計其控制律,在Matlab\Simulink中建立控制系統(tǒng)仿真模型,并通過動力學逆運算及運用歐拉積分得到機械手的動力學子模塊。從軌跡跟蹤響應來看,簡單的線性控制對于磨機換襯板機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。為進一步提高磨機換襯板機械手的軌跡控制精度,采用一種基于模型的計算力矩法,在控制律中計算動力學參數(shù)以“抵消”系統(tǒng)的非線性因素,得到一個解耦的、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),且穩(wěn)態(tài)誤差也遠低于1%,表明該方法對于提高機械手的控制精度具有明顯效果。
【關(guān)鍵詞】：磨機換襯板機械手 運動控制 仿真分析
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 工程背景10-11
• 1.2 課題研究目的和意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外磨機更換襯板機械手發(fā)展研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 磨機換襯板作業(yè)過程介紹14-15
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 磨機換襯板機械手連桿運動學設(shè)計16-34
• 2.1 磨機換襯板機械手本體介紹16-19
• 2.2 機械手空間描述與變換19-24
• 2.2.1 位置與姿態(tài)描述19-20
• 2.2.2 齊次坐標變換20-21
• 2.2.3 換襯機械手連桿坐標系與齊次變換矩陣21-23
• 2.2.4 機械手的正運動學求解23-24
• 2.3 磨機換襯板機械手逆運動學分析24-33
• 2.3.1 逆運動學的數(shù)值解25-30
• 2.3.2 逆運動學的封閉解30-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 磨機換襯板機械手的軌跡生成34-48
• 3.1 機械手軌跡生成概述34
• 3.2 機械手軌跡的關(guān)節(jié)空間規(guī)劃34-38
• 3.2.1 三次多項式插值34-36
• 3.2.2 五次多項式插值36-38
• 3.3 機械手軌跡的笛卡爾空間規(guī)劃38-43
• 3.3.1 直線位置規(guī)劃38-40
• 3.3.2 直線姿態(tài)規(guī)劃40-43
• 3.4 軌跡仿真43-47
• 3.4.1 Matlab 環(huán)境下的機械手軌跡仿真44-45
• 3.4.2 Solidworks Motion 環(huán)境下的機械手軌跡仿真45-47
• 3.5 本章小節(jié)47-48
• 第四章 磨機換襯機械手連桿動力學分析48-59
• 4.1 動力學方程推導48-55
• 4.2 動力學結(jié)果分析55-58
• 4.2.1 重力項55-56
• 4.2.2 慣量56-57
• 4.2.3 哥氏力與離心力項57-58
• 4.3 本章小節(jié)58-59
• 第五章 磨機換襯板機械手控制器的初步設(shè)計59-69
• 5.1 機械手的線性控制59-65
• 5.1.1 控制律設(shè)計59-61
• 5.1.2 動力學仿真61-62
• 5.1.3 控制系統(tǒng)仿真62-65
• 5.2 機械手的非線性控制65-68
• 5.2.1 控制律設(shè)計65-66
• 5.2.2 控制系統(tǒng)仿真66-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 不足與展望70-71
• 參考文獻71-73
• 致謝73-74
• 攻讀學位期間研究成果74-75

【參考文獻】

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本文編號：854135