基于WindowsCE的挖掘機器人軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、挖掘機的智能化和機器人化已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點，并開始在實際應(yīng)用中逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢。本文正是在這樣的背景下，結(jié)合國家863課題對挖掘機器人的軌跡規(guī)劃在嵌入式系統(tǒng)中的實現(xiàn)做了比較細(xì)致而深入的研究。 論文首先搭建了用于實現(xiàn)上位軌跡規(guī)劃的軟硬件平臺，詳細(xì)比較了Linux，WindowsCE和VxWorks的實時性、圖形用戶界面、開發(fā)效率和價格等各方面性能，并最終選擇WindowsCE+CAN模式作為規(guī)劃和通信的平臺，另外還按照實際需求

2、定制了WindowsCE系統(tǒng)。 本文重點建立了普通挖掘機工作裝置的運動學(xué)和動力學(xué)模型，得到了直角坐標(biāo)空間、關(guān)節(jié)空間和驅(qū)動機構(gòu)空間之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用雅克比矩陣解決了油缸運動速度和加速度的求解問題；應(yīng)用拉格朗日方程求解了各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩，進而得到了驅(qū)動油缸的計算受力和理論液壓壓力。文章還對動臂偏轉(zhuǎn)、斗桿偏轉(zhuǎn)和鏟斗偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的新式挖掘機正運動學(xué)進行了分析，得到了斗桿偏轉(zhuǎn)型挖掘機的運動學(xué)模型。 論文主要在笛卡兒空間對挖掘機器人進

3、行了水平直線和斜線的運動規(guī)劃。為使鏟斗末端達到期望的運動速度，利用等時間間隔發(fā)送規(guī)劃數(shù)據(jù)的方法控制被控對象在某時刻達到相應(yīng)期望值，避免了測速環(huán)節(jié)，簡化了控制系統(tǒng)。論文還建立了挖掘機工作裝置的ADAMS模型，并將Matlab規(guī)劃結(jié)果導(dǎo)入ADAMS實現(xiàn)了可視化運動，同時也可以驗證規(guī)劃結(jié)果和對相關(guān)參數(shù)進行分析。 本文在WindowsCE系統(tǒng)上用Embedded Visual C++編寫了嵌入式軌跡規(guī)劃軟件，不僅實現(xiàn)了類似于ADAMS的

4、動態(tài)仿真，而且建立了WindowsCE與控制器的CAN總線通信，并通過總線接收控制器發(fā)送的傾角傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了挖掘機器人運動的圖形導(dǎo)引和參數(shù)監(jiān)控。軟件使用多線程技術(shù)和雙緩沖繪圖保證了程序的實時響應(yīng)和無閃爍繪圖。論文還對程序關(guān)鍵部分測定了運行時間，獲取了影響軟件實時性的因素并對其進行了程序優(yōu)化。 論文最后對控制器編制了程序，采用PID算法輸出PWM電流控制各個桿件的驅(qū)動油缸對規(guī)劃出的直線軌跡進行了跟蹤實驗，跟蹤結(jié)果能夠保持在50