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凿岩机械臂轨迹规划及电液跟踪控制研究
1
作者 刘阳 徐巧玉 +1 位作者 陈翰文 张正 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2023年第12期61-67,90,共8页
针对液压凿岩机械臂运动控制的平稳性及跟踪精度问题,提出一种关节空间轨迹规划和电液系统模糊PID跟踪控制方法。首先,基于关节空间五次多项式插值方法对关节的位置、角速度及角加速度进行约束,生成含有时间序列的关节角度变量,通过直... 针对液压凿岩机械臂运动控制的平稳性及跟踪精度问题,提出一种关节空间轨迹规划和电液系统模糊PID跟踪控制方法。首先,基于关节空间五次多项式插值方法对关节的位置、角速度及角加速度进行约束,生成含有时间序列的关节角度变量,通过直接控制关节角度完成轨迹规划。采用智能算法模糊PID对液压缸位移进行跟踪控制,将传感器反馈并计算得到的位移偏差值及其变化率作为模糊控制器的输入,经模糊处理后,把输出的3个参数ΔK_(P)、ΔK_(I)、ΔK_(D)加到PID控制器中以此实现动态调参。在V-REP(Virtual-Robot Experimentation Platform)中建立三维SolidWorks的虚拟样机模型,使用MATLAB软件远程API同步模式控制V-REP验证所提轨迹规划方法对工程实际机械臂的有效性。同时,通过模糊工具箱设计模糊控制器并运用Simulink模块对电液跟踪控制系统进行仿真。V-REP及Simulink仿真结果表明:五次多项式轨迹规划可避免机械臂运动过程中速度及加速度的突变,V-REP中机械臂模型运行平稳;模糊PID能有效提高电液系统的跟踪控制精度,系统响应快速,上升时间不到2 s,最大跟踪误差不超过3.3 mm,该结果可满足凿岩机械臂实际施工作业时规定的误差要求。 展开更多
关键词 液压凿岩机械臂 轨迹规划 V-REP 电液控制 模糊PID
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基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制研究
2
作者 刘阳 徐巧玉 +2 位作者 贾广山 方梦娟 张正 《液压气动与密封》 2023年第9期11-18,共8页
为了使凿岩机械臂末端能够保持期望初始姿态且平稳、准确地移动至目标位置,提出一种基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制方法。首先,基于雅可比矩阵建立机械臂末端广义速度与关节速度关系;然后,分析驱动油缸结构并采用全微分方法... 为了使凿岩机械臂末端能够保持期望初始姿态且平稳、准确地移动至目标位置,提出一种基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制方法。首先,基于雅可比矩阵建立机械臂末端广义速度与关节速度关系;然后,分析驱动油缸结构并采用全微分方法建立机械臂关节速度与油缸伸缩速度的函数关系,从而基于末端姿态不变的约束,建立机械臂末端广义速度与油缸伸缩速度的对应关系;最终通过控制器给定相应电信号直接控制各油缸伸缩速度完成对姿态约束下凿岩机械臂末端广义速度的控制。使用MATLAB和V-REP(Virtual Robot Experimentation Platform)软件分别对凿岩机械臂末端速度与关节速度关系以及三角油缸和梁摆动油缸伸缩量与关节角度对应关系进行验证,确保计算过程的正确性。通过现场实验得出数据表明:在末端姿态约束下控制凿岩机械臂保持某一期望初始姿态运动不同时间到达不同位置,凿岩机械臂末端最大姿态角偏差为0.42°,末端位置相对误差不超过0.41%,凿岩机械臂运动平稳,说明该运动控制方法可以在保证平稳运行前提下实现凿岩机械臂末端定位,从而满足工程实际需求。 展开更多
关键词 液压凿岩机械臂 姿态约束 雅可比矩阵 油缸伸缩量
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基于末端杆件螺旋运动的凿岩机械臂孔序规划 被引量：7
3
作者 王恒升 陈伟锋 王思远 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第13期1748-1754,共7页
根据隧道炮孔设计,进行孔序规划,是对凿岩机械臂进行自动控制所需要解决的一个问题。针对这一问题,以机械臂末端杆件的螺旋运动来定义其运动轨迹,用螺旋运动轨迹的曲线长度来定义机械臂将末端执行器从一个孔位运送到另一个孔位所付出的... 根据隧道炮孔设计,进行孔序规划,是对凿岩机械臂进行自动控制所需要解决的一个问题。针对这一问题,以机械臂末端杆件的螺旋运动来定义其运动轨迹,用螺旋运动轨迹的曲线长度来定义机械臂将末端执行器从一个孔位运送到另一个孔位所付出的代价,以此代价为基础建立目标函数,用蚁群算法进行问题求解,得到机械臂运动的孔序规划。利用对偶四元数法推导了机械臂末端杆件螺旋运动参数的计算公式。仿真验证了轨迹求解算法,得到的轨迹平滑、连续;针对某隧道断面64组炮孔设计,利用蚁群算法进行左右两个机械臂的孔序规划仿真,得到了合理的规划结果。 展开更多
关键词 孔序规划 螺旋运动 对偶四元数 蚁群算法 螺旋线性插值 凿岩机械臂
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基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制研究
4
作者 陈翰文 徐巧玉 +1 位作者 徐恺 张正 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第3期371-381,共11页
针对凿岩机械臂的电液比例系统位置控制精度问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络整定PID的电液比例系统位置控制方法。首先,在AMESim中搭建了阀控非对称液压缸的电液比例系统简化模型,设置了各个模块的参数;然后,利用MATLAB/Sim... 针对凿岩机械臂的电液比例系统位置控制精度问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络整定PID的电液比例系统位置控制方法。首先,在AMESim中搭建了阀控非对称液压缸的电液比例系统简化模型,设置了各个模块的参数;然后,利用MATLAB/Simulink搭建了系统闭环控制模型,通过不断更新RBF网络模型并修正PID参数,实现了基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制目的;结合AMESim搭建的电液比例系统模型和Simulink下搭建的控制器进行了联合仿真;最后,基于凿岩台车机械臂实验平台,进行了电液比例系统位置控制实验。仿真结果表明:在受到外部干扰的情况下,RBF神经网络整定PID控制系统能够在0.3 s内控制活塞杆重新运行至目标位置,平均响应时间为1.5 s,位置精度误差不超过5 mm。实验结果表明:与常规PID控制方法相比,RBF神经网络整定PID控制活塞杆位置精度误差降低了75%,位置精度误差在工程实际要求的10 mm范围以内,因此,RBF神经网络整定PID算法可以有效提高电液比例系统的位置控制精度,满足凿岩机械臂实际工作中对电液比例系统位置精度的控制要求。 展开更多
关键词 凿岩机械臂 径向基函数神经网络整定PID 电液比例系统位置控制精度 联合仿真 MATLAB/SIMULINK AMESIM
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