用于危險品檢測的移動機(jī)械手的運動性能分析及其控制.pdf

1、由于化學(xué)危險品泄漏的危害性，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。在危險環(huán)境中，具有自主能力的移動機(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計劃項目“化學(xué)危險反應(yīng)器泄漏檢測與修補(bǔ)移動機(jī)械手系統(tǒng)”（項目編號：2003AA421040）的支持下，針對所研制的P3-AT型移動機(jī)械手進(jìn)行了運動學(xué)、動力學(xué)分析，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究了移動機(jī)械手的運動控制技術(shù)。主要的

2、研究內(nèi)容與創(chuàng)新如下： 1、描述了所設(shè)計的P3-AT型移動機(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載體（平臺）的運動特點。分別建立了移動載體子系統(tǒng)、機(jī)械手子系統(tǒng)以及移動機(jī)械手系統(tǒng)整體的運動學(xué)模型，進(jìn)行了正、逆運動學(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)械手實際應(yīng)用中的有效工作區(qū)域。 2、根據(jù)移動機(jī)械手系統(tǒng)的復(fù)雜性，提出了運動規(guī)劃策略，構(gòu)建了簡化

3、的移動機(jī)械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，利用牛頓——歐拉方法推導(dǎo)了簡化移動機(jī)械手系統(tǒng)的動力學(xué)模型。通過仿真分析了移動平臺與機(jī)械手間的動力耦合作用，仿真表明移動平臺的加速度值愈大，其對機(jī)械手關(guān)節(jié)負(fù)載力矩的影響愈大，并影響移動機(jī)械手的軌跡跟蹤和定位精度。建立了移動平臺子系統(tǒng)、機(jī)械手子系統(tǒng)的動力學(xué)理論模型，并對各子系統(tǒng)的動力學(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)械手幾個較危險位姿；對于移動平臺，通過控制其左右前輪的驅(qū)動力矩，可以實現(xiàn)移動平臺

4、按給定的軌跡運動，同時也能實現(xiàn)移動平臺方向角的改變。 3、提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動機(jī)械手的分層遞階智能控制策略，采用三層控制實現(xiàn)移動機(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；處理層包括兩個徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子控制器，分別對移動載體和機(jī)械手的動力學(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立控制各驅(qū)動電機(jī)，實現(xiàn)所需的運動。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)計方法，通過分別建立移動載體、機(jī)械手和移動機(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載體和機(jī)械手的動力學(xué)補(bǔ)償，并應(yīng)用Matlab對所建立的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、針對移動機(jī)械手硬件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，其中包括移動載體、五自由度機(jī)械手，視覺CCD 傳感器和超聲傳感器模塊等。介紹了移動機(jī)械手的控制軟件設(shè)計，包括PMAC上運行的運動程序和移動載體PC 上運行的主控程序。應(yīng)用Matlab 編程軟件對五自由度機(jī)械手