用于危險品檢測的移動機械手的運動性能分析及其控制.pdf

1、由于化學危險品泄漏的危害性，各類化學反應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)、預防重大事故發(fā)生所關注的問題。在危險環(huán)境中，具有自主能力的移動機械手便成為代替和輔助人類完成一定任務的最佳選擇。本文在國家863計劃項目“化學危險反應器泄漏檢測與修補移動機械手系統(tǒng)”（項目編號：2003AA421040）的支持下，針對所研制的P3-AT型移動機械手進行了運動學、動力學分析，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡研究了移動機械手的運動控制技術。主要的

2、研究內容與創(chuàng)新如下： 1、描述了所設計的P3-AT型移動機械手的基本結構特征，分析了五自由度機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)、機械手子系統(tǒng)以及移動機械手系統(tǒng)整體的運動學模型，進行了正、逆運動學分析。在ADAMS分析軟件中建立了機械手的虛擬樣機，分析了機械手的工作空間和特殊工作位置，得到了機械手實際應用中的有效工作區(qū)域。 2、根據(jù)移動機械手系統(tǒng)的復雜性，提出了運動規(guī)劃策略，構建了簡化

3、的移動機械手系統(tǒng)結構模型，利用牛頓——歐拉方法推導了簡化移動機械手系統(tǒng)的動力學模型。通過仿真分析了移動平臺與機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，其對機械手關節(jié)負載力矩的影響愈大，并影響移動機械手的軌跡跟蹤和定位精度。建立了移動平臺子系統(tǒng)、機械手子系統(tǒng)的動力學理論模型，并對各子系統(tǒng)的動力學進行仿真分析，得到了機械手各關節(jié)轉矩與位姿的關系和機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)絡的移動機械手的分層遞階智能控制策略，采用三層控制實現(xiàn)移動機械手的部分或完全自主控制。決策層進行任務規(guī)劃；處理層包括兩個徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡子控制器，分別對移動載體和機械手的動力學進行控制和補償；執(zhí)行層依據(jù)處理層輸出的信息來獨立控制各驅動電機，實現(xiàn)所需的運動。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡子控制器應用李雅普諾夫穩(wěn)定性設計方法，通過分別建立移動載體、機械手和移動機械

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械手的動力學補償，并應用Matlab對所建立的RBF網(wǎng)絡進行訓練仿真，仿真結果表明了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的有效性和可靠性。 4、針對移動機械手硬件體系結構進行了設計，其中包括移動載體、五自由度機械手，視覺CCD 傳感器和超聲傳感器模塊等。介紹了移動機械手的控制軟件設計，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。應用Matlab 編程軟件對五自由度機械手