多機協(xié)調吊裝平臺控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、隨著科學技術的不斷進步，機器人學科越來越具有強大的生命力，它在某種程度上已經(jīng)代表當今信息技術、自動化技術、系統(tǒng)集成等技術的最新發(fā)展。多機器人系統(tǒng)具有結構靈活、適應性強的特點，在航天、國防、工業(yè)、服務業(yè)等許多領域都有廣泛的應用前景，正確處理好個體間的協(xié)作是發(fā)揮其優(yōu)勢的關鍵。 無人直升機是一種特殊的空中機器人。目前國內外針對無人機的研究主要集中在單架無人機的航路規(guī)劃和飛行控制器設計方面，在大型起重機無法到達或無法使用情況下，空中大

2、型設備的吊裝或緊急救援搶險就超出了單架直升機的承載能力，此時，需要多架直升機協(xié)同作業(yè)，因此多機協(xié)調吊裝系統(tǒng)的研究，具有重大的現(xiàn)實意義。 多架直升機在空中通過吊裝物件的纜繩相互聯(lián)系、相互耦合，這既需要各架直升機時刻保證各自飛行安全，還需按控制系統(tǒng)平衡穩(wěn)定控制指令實時地調整拉力大小和方向，以保證被吊裝物件的平衡。就目前的情況而言，同時使用多架無人機進行實時控制協(xié)調實驗是十分困難的，在現(xiàn)有的實驗條件下，作者采用使用三臺ABB機器人模

3、擬三架無人機運動的辦法，搭建多機協(xié)調吊裝系統(tǒng)平臺，研究在機械手預定軌跡運動情況下如何保持吊裝系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定。本文以協(xié)調吊裝系統(tǒng)平臺的搭建、運動學分析及穩(wěn)定性研究、控制系統(tǒng)設計和實驗為主線，主要探討了如下幾個方面的內容： 1. 協(xié)調吊裝系統(tǒng)平臺的搭建介紹了協(xié)調吊裝系統(tǒng)平臺搭建的基本構想和具體的設計方法，介紹了系統(tǒng)的機械設計，電機及編碼器等器件的選擇方法和原則。 2. 系統(tǒng)平臺的運動學分析和穩(wěn)定性研究本文中建立的多機協(xié)調

4、吊裝系統(tǒng)平臺的運動學模型，是在吸收前人研究繩索驅動機器人的建模方法基礎上，針對本系統(tǒng)平臺的運動特點建立的簡化模型。減輕了模型的復雜程度，使該模型簡單直觀，利于對該平臺的控制調整進行更深入的研究。 3. 系統(tǒng)平臺的控制系統(tǒng)設計本文設計了以計算機為上位機、單片機作為下位機、無線通訊的多機協(xié)調吊裝控制系統(tǒng)。其設計工作主要包括：協(xié)調吊裝控制系統(tǒng)的硬件電路設計、系統(tǒng)的底層控制程序編寫，通訊協(xié)議制定，以及基于該系統(tǒng)具體機構和硬件系統(tǒng)的上層

5、控制軟件開發(fā)。同時，本文的控制系統(tǒng)設計，既考慮了現(xiàn)有樣機的控制需求，又考慮了其擴容性和可移植性。 4. 實驗和分析用設計的控制系統(tǒng)，在協(xié)調吊裝系統(tǒng)平臺樣機上，對所編制的控制算法及優(yōu)化程序進行了實驗驗證，證明了系統(tǒng)的運動學分析、控制方法的正確性。 協(xié)調吊裝系統(tǒng)平臺樣機的設計與實驗研究，可推廣至港口集裝箱，建筑工地超重物體等協(xié)調吊裝場合，但本文研究的目的決不僅限于此；通過地面協(xié)調系統(tǒng)平臺的搭建，對于空中直升機在受到擾動或