挖掘機(jī)器人分布式控制技術(shù)研究.pdf

1、浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文在分析液壓挖掘機(jī)控制上的特點(diǎn)和在總結(jié)液壓挖掘機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)研究方向和發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用分布式控制策略實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器入的實(shí)時(shí)控制。文中，作者詳盡論述了挖掘機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和深入研究了挖掘機(jī)器人分布式控制的方法和技術(shù)。主要涉及如下四個(gè)方面；l、首先綜述了分布式控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用狀況，介紹挖掘機(jī)器人控制上的特點(diǎn)，回顧和總結(jié)了國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的研究方向和發(fā)展?fàn)顩r，指出實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化是

2、液壓挖掘機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)研究的最終目的，提出了采用分布式控制方式實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人控制的方案。2、介紹挖掘機(jī)器人的功能要求和體系結(jié)構(gòu)，闡述分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和分析其功能組成。在此基礎(chǔ)上提出挖掘機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完成各智能節(jié)點(diǎn)功能分配和選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信總線，實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。3、圍繞挖掘機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能分配，完成各智能子節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)，給出了若干關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)和探討了硬件電路設(shè)計(jì)中的抗干

3、擾和可靠性問題完成了基于CAN總線的支持多主的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和調(diào)試。開發(fā)系統(tǒng)分布式軟件機(jī)制，開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制機(jī)制和研究系統(tǒng)伺服控制、通訊規(guī)則以及規(guī)劃控制和人機(jī)交互的協(xié)同機(jī)制。著重闡述了基于多主競(jìng)爭(zhēng)和總線仲裁的命令加參數(shù)的CAN高層通信協(xié)議的制定和為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)時(shí)控制而采用的以VXD(虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序)為核心的分層分布式軟件體系結(jié)構(gòu)。4、展示挖掘機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。闡述節(jié)能節(jié)點(diǎn)的柴油機(jī)一泵復(fù)合控制原理、方法，并展示控制效果。介

4、紹其余智能節(jié)點(diǎn)的伺服控制框架，并給出以挖掘機(jī)器人遙控控制為例的機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果，結(jié)果表明，效果良好。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)器人，分布式，實(shí)時(shí)控制，CAN總線浙江^學(xué)頃i一學(xué)止論文第一章緒論【摘要】闡述本課題的研究意義及國(guó)內(nèi)外的研究狀況，在分析挖掘機(jī)器人控制特點(diǎn)及功能要求的基礎(chǔ)上明確研究方向和要解決的問題。11課題的提出及其研究意義液壓挖掘機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)得到了日益廣泛的研究，對(duì)具有挖掘、傾倒、修整、升降重物等功能的復(fù)雜機(jī)器而言，自

5、動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展使那些以往只有熟練技師才能完成的任務(wù)如成形挖掘能夠自動(dòng)的執(zhí)鏟。1121，極大的提高了機(jī)器的操縱性，降低了工人的勞作強(qiáng)度。具備這樣控制技術(shù)的挖掘機(jī)被稱為“機(jī)器人化的挖掘機(jī)【3lp2】135l，J，或“挖掘機(jī)器人”。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，液壓執(zhí)行器件的非線性因素和土壤環(huán)境的影響使挖掘機(jī)器人的控制非常困難【ll。而且，其動(dòng)力系統(tǒng)控制、成形挖掘、自主控制需要大量的運(yùn)算并要求控制的實(shí)時(shí)性、可靠性。為解決上述問題，研究人員運(yùn)用智能

6、控制策略和采用分布式控制模式【3]【砰“。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成熟，使得設(shè)計(jì)微型的，可靠的分布式控制用于機(jī)器人的控制，也得到了廣泛的應(yīng)用㈣[78】【8?！?2】。12國(guó)內(nèi)外研究概況121分布式控制簡(jiǎn)介●分布式控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展最初的工業(yè)過程控制是通過單元組合儀表采用原始分散控制，各控制回路相互獨(dú)立，其優(yōu)點(diǎn)是某一控制回路出現(xiàn)故障時(shí)，不影響其它回路的正常工作，缺點(diǎn)是硬件過多，自動(dòng)化程度不高，難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。隨后出

7、現(xiàn)集中控制，它是通過計(jì)算機(jī)將控制回路的運(yùn)算、控制及顯示等功能集于一身，其優(yōu)點(diǎn)是硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，缺點(diǎn)是危險(xiǎn)集中局部出現(xiàn)故障會(huì)影響整體。鑒于以上原因，人們開始研究集中分散控制，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖像顯示技術(shù)的發(fā)展，70年代中期吸收原始分散控制和集中控制兩者優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生了以“分散控制，集中管理”為特征的分布式控$llt461t副州。’現(xiàn)今，工業(yè)用的大型分布式控制產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)歷了從初始到發(fā)