用于危險(xiǎn)品檢測(cè)的移動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能分析及其控制.pdf

1、由于化學(xué)危險(xiǎn)品泄漏的危害性，各類化學(xué)反應(yīng)容器和輸送管道的泄漏檢測(cè)與維修已經(jīng)成為石化工業(yè)安全生產(chǎn)、預(yù)防重大事故發(fā)生所關(guān)注的問題。在危險(xiǎn)環(huán)境中，具有自主能力的移動(dòng)機(jī)械手便成為代替和輔助人類完成一定任務(wù)的最佳選擇。本文在國家863計(jì)劃項(xiàng)目“化學(xué)危險(xiǎn)反應(yīng)器泄漏檢測(cè)與修補(bǔ)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)”（項(xiàng)目編號(hào)：2003AA421040）的支持下，針對(duì)所研制的P3-AT型移動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究了移動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。主要的

2、研究內(nèi)容與創(chuàng)新如下： 1、描述了所設(shè)計(jì)的P3-AT型移動(dòng)機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)特征，分析了五自由度機(jī)械手和兩自由度輪式移動(dòng)載體（平臺(tái)）的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。分別建立了移動(dòng)載體子系統(tǒng)、機(jī)械手子系統(tǒng)以及移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)整體的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，進(jìn)行了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在ADAMS分析軟件中建立了機(jī)械手的虛擬樣機(jī)，分析了機(jī)械手的工作空間和特殊工作位置，得到了機(jī)械手實(shí)際應(yīng)用中的有效工作區(qū)域。 2、根據(jù)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)的復(fù)雜性，提出了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略，構(gòu)建了簡化

3、的移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，利用牛頓——?dú)W拉方法推導(dǎo)了簡化移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。通過仿真分析了移動(dòng)平臺(tái)與機(jī)械手間的動(dòng)力耦合作用，仿真表明移動(dòng)平臺(tái)的加速度值愈大，其對(duì)機(jī)械手關(guān)節(jié)負(fù)載力矩的影響愈大，并影響移動(dòng)機(jī)械手的軌跡跟蹤和定位精度。建立了移動(dòng)平臺(tái)子系統(tǒng)、機(jī)械手子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)理論模型，并對(duì)各子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真分析，得到了機(jī)械手各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩與位姿的關(guān)系和機(jī)械手幾個(gè)較危險(xiǎn)位姿；對(duì)于移動(dòng)平臺(tái)，通過控制其左右前輪的驅(qū)動(dòng)力矩，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)

4、按給定的軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)方向角的改變。 3、提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)械手的分層遞階智能控制策略，采用三層控制實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)械手的部分或完全自主控制。決策層進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃；處理層包括兩個(gè)徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子控制器，分別對(duì)移動(dòng)載體和機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行控制和補(bǔ)償；執(zhí)行層依據(jù)處理層輸出的信息來獨(dú)立控制各驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子控制器應(yīng)用李雅普諾夫穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法，通過分別建立移動(dòng)載體、機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)械

5、手系統(tǒng)的李雅普諾夫方程，由第二類李雅普諾夫方法建立了移動(dòng)載體和機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償，并應(yīng)用Matlab對(duì)所建立的RBF網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練仿真，仿真結(jié)果表明了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效性和可靠性。 4、針對(duì)移動(dòng)機(jī)械手硬件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中包括移動(dòng)載體、五自由度機(jī)械手，視覺CCD 傳感器和超聲傳感器模塊等。介紹了移動(dòng)機(jī)械手的控制軟件設(shè)計(jì)，包括PMAC上運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)程序和移動(dòng)載體PC 上運(yùn)行的主控程序。應(yīng)用Matlab 編程軟件對(duì)五自由度機(jī)械手