新型磨機換襯板機械手運動控制系統(tǒng)設(shè)計與分析.pdf

1、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(yīng)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

2、內(nèi)容包括：
　?。?）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，

3、成功求出其封閉解。
　?。?）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

4、，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)。
　?。?）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。
　?。?）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

5、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(yīng)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)，