液压挖掘机轨迹规划及运动仿真

运用D-H(denavit-hartenberg)矩阵法对液压挖掘机工作装置进行正、逆运动学分析,得出挖掘机驱动机构空间、关节空间以及铲斗位姿空间的关系。运用Robotics Toolbox建立挖掘机工作装置运动学仿真模型并进行点到点轨迹规化和运动学仿真,得出动臂关节、斗杆关节和铲斗关节角度以及铲斗末端位姿随时间的变化,再通过逆运动学求解出液压油缸的位置。检验了该型号挖掘机作业空间和各杆件运动参数的合理性,为挖掘机运动仿真提供了一种简便的方法,并为挖掘机的自主挖掘研究奠定了运动学基础。     

D-H坐标系下挖掘机工作装置运动学建模与仿真

应用机器人运动学求解常用的D-H法建立挖掘机工作装置4自由度运动学数学模型,分析了挖掘机工作装置运动过程中铲斗齿尖位移、速度、加速度与空间位置的运动关系。在此基础上采用Pro/E和大型有限元软件ADAMS建立挖掘机工作装置虚拟样机模型。对挖掘机工作装置进行了运动学仿真,得到了铲斗齿尖位移、速度、加速度动态曲线,并对动态曲线进行了分析,验证了运动学模型的正确性。这种方法简化了解析计算,同时求得的解具有使用性和代表性,对挖掘机工作装置的设计具有普遍的适用意义。     

一种新型矿用正铲液压挖掘机的运动学分析

提出一种新型矿用正铲液压挖掘机,其工作装置是一个复杂的多环耦合机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式分析工作装置的自由度,得出该工作装置能够满足正铲作业要求,可以实现两个移动和一个转动。基于运动链环路理论,建立通用的机构运动学分析框图,并且利用该框图对机构进行运动学分析。基于运动学正解分析矿用正铲液压挖掘机的水平挖掘时理论可达的工作空间,得出该机构在水平挖掘时铲斗与地面的倾角为30°~50°时挖掘空间最优,满足挖掘机水平挖掘的作业要求。基于机构运动分析框图对机构进行速度分析,得到液压缸的输入速度与铲斗输出运动之间的雅可比矩阵。最后给出了五组数值算例,对运动学分析进行验证。研究结果为该机构的设计和使用提供重要的理论依据。     

机器人化液压挖掘机的运动学建模和仿真研究

应用机器人运动学的原理 ,采用 Denavit- Hartenberg方法 ,建立了挖掘机工作装置的三维几何运动模型 ,研究了挖掘机铲斗姿态表示的坐标变换过程 ,并用Open GL和面向对象方法对其进行了三维运动学仿真。     

挖掘机工作装置运动学建模与分析

为实现挖掘机作业自动控制,建立了挖掘机工作装置4自由度运动学模型。根据变量性质,将挖掘机工作装置分为4种工作空间:驱动空间、关节空间、位姿空间和检测空间。从运动学正解、逆解问题出发,充分利用挖掘机工作装置各构件间几何关系,分别求出了各工作空间之间位置及速度的非线性映射关系。结论为运动控制器设计提供了理论指导。     

一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析,验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论,建立该机构的运动学分析流程图,并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例,通过运动学正解和反解分析结果的对比,验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析,将驱动力等效为关节转矩,推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸,给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数,基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究,结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

基于多体动力学与颗粒动力学耦合的挖掘载荷计算与研究

为获得较为精确的挖掘阻力,进一步求出挖掘机所受的动态载荷,建立了多体动力学-颗粒动力学耦合的动态仿真方法.首先,建立挖掘机工作装置三维模型,以实测的动臂、斗杆和铲斗油缸位移变化曲线作为驱动,完成挖掘机工作装置的多体运动学分析,获得铲斗质心处的运动速度、铲斗相对斗杆和连杆在铰点上的角速度.然后,通过离散单元法建立挖掘介质的颗粒模型,利用已求得的铲斗运动参数对其运动进行定义,模拟铲斗在挖掘时的真实工况,求得铲斗在挖掘不同介质时所受的挖掘阻力和阻力矩,最后再通过多体动力学分析求解各铰点处的动态载荷.分析表明,挖掘介质为矿石与干砂时,挖掘阻力和阻力矩波动更为明显且铰点载荷也更大.     

一种新型太阳跟踪装置机构的运动学仿真

提出基于三自由度并联球面机构的新型太阳跟踪系统,并对机构进行运动学分析,给出其位姿和速度反解。在此 基础上,应用机械系统动力学分析软件ADAMS建立该新型太阳跟踪装置的虚拟样机,实现对太阳运动的跟踪,完成该 装置的运动学仿真,得出各电动机的运动参数,验证了机构的可行性。     

装载机铲装过程自动化控制研究

根据相关文献给出的较理想的直线铲装作业轨迹曲线构建方法,构建某型1.2 t铲斗直线铲装作业轨迹曲线,然后以铲装作业轨迹曲线的初始位置为绝对坐标原点,构建装载机工作装置多刚体运动方程,并根据铲斗铲装过程最小阻力姿态特性建立最小阻力铲装策略,通过该策略和作业轨迹曲线获得铲斗姿态和斗尖坐标,导入装载机工作装置多刚体运动方程获得动力源驱动速度控制曲线,最后对速度曲线进行优化,减小动力源的驱动速度曲线的高频抖振的现象,使输出的速度控制曲线符合实际应用。     

可控装载机构的运动学分析与仿真

针对一种新型装载机工作装置进行了运动学分析和仿真研究。根据装载机性能要求,确定可控装载机构性能要求;利用解析法建立了运动学逆解模型,并对可控装载机构进行尺度参数设计,通过对逆运动学模型进行数值求解,获得了主动杆运动规律及电传动系统驱动参数。利用ADAMS软件建立可控装载机构虚拟样机模型,在各典型作业工况下对可控装载机构进行正运动仿真,仿真结果证明,该可控装载机构在工作空间内能够顺利完成各作业动作,各构件尺度参数设计合理,铲斗倾角、卸载角等均符合装载机设计要求,为可控装载机构的进一步研究在一定程度上提供了基础。     

装载机新型工作装置设计理论的研究

推出了一种装载机工作装置的新型机构 ,克服了传统工作装置由于设计误差而产生的“干涉”现象 ,实现了无铲斗平移引导油缸工作装置 ,使其结构大为简化 ,设计极为简单。此外 ,还分析研究了这种新机构的设计计算方法。为今后进一步改进现有装载机工作装置提供参考     

基于MATLAB-Robotics工具箱的工业机器人轨迹规划及仿真研究

对Cincinnati T3-746工业机器人的运动学轨迹规划进行了分析与仿真。通过实验对该工业机器人的三关节的关节轨迹进行了三次多项式插值运算。利用MATLAB-Robotics工具箱对该工业机器人进行了建模,实现了对工作空间内任意直线、圆弧轨迹拟合插值运算。通过运动学正反解的计算,得到了实时的关节空间坐标的数值解。为该工业机器人进一步的研究和应用提供了理论分析依据。     

端拾器的自动化设计

端拾器是冲压线中的物料输送系统中的工件夹持装置,通常采用标准的配件在冲压线现场配做,造成了调试时间长、材料浪费和结构组成没有优化等问题.采用机器人运动学的分析方法,对端拾器的自动化进行了研究,并采用Matlab求解了这个运动学逆解问题,最后通过对CATIA CAD系统的二次开发,对上述方法进行了验证.     

山地挖掘机自主作业轨迹规划与ADAMS仿真验证

为实现山地挖掘机典型工况的自主作业控制,在工作装置的运动学建模基础上,规划了铲斗齿尖运动轨迹.利用运动学建模的结果实现了齿尖坐标序列到关节转角序列,关节转角序列到液压缸驱动序列的转换.利用ADAMS软件对轨迹规划结果进行了仿真验证.验证结果和规划相符,为实现山地挖掘机的自主作业控制提供了理论指导.     

基于指数积公式的挖掘机运动学分析

本文运用了基于旋量理论的指数积方法,推导出挖掘机回转装置、动臂、斗杆、铲斗多杆件组成的串联开链机构的运动学方程,求解雅可比矩阵,并验证该方法的有效性。研究表明,利用指数积与平面几何相结合的方法求挖掘机运动学逆解,无需进行矩阵乘法运算,减少了运算量,更适合进行计算机编程运算;而且利用指数积方法计算挖掘机雅可比矩阵无需对运动学正解映射求微分,并能有效的避免因参数引起的奇异性。     

机械手逆运动学神经网络算法研究

提出一种基于模糊遗传算法的机械手逆运动学神经网络建模方法。该方法采用3层前向神经网络建立机械手逆运动学模型，应用模糊遗传算法训练神经网络的权系数。此算法可根据种群进化情况，对交叉概率和变 异概率进行在线模糊控制，加快了算法的搜索过程，有效地避免了简单遗传算法中容易出现的初期收敛问题。仿真结果表明，本方法提高了求解精度和收敛速度，不但有效克服了简单遗传算法常出现的初期收敛和BP算法求解精度低、容易陷入局部极小等缺点，而且避免了计算Jacobian矩阵的伪逆，结构简单、容易实现。     

装载机工作装置载荷识别模型与载荷测取方法

为了研究装载机铲装作业时所受外载荷大小及变化特性,根据铲斗铰点力与斗尖力关系建立工作装置外载荷识别模型。以国产LW900K装载机为试验样机,提出了三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法两种载荷制取方法,进行典型作业姿态下的载荷验证和铁矿粉物料下的载荷测试试验。结果表明:提出的三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法都能够准确获取外载荷识别所需要的铰点载荷,销轴传感器法结果精度高于动臂截面弯矩法;试验样机工作装置所受大载荷出现在物料铲掘和卸载时刻,测得卸料时的惯性冲击载荷峰值约为400kN;通过雨流计数得到外载荷合力的均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布。载荷测试和分析结果能够有效解决装载机工作装置外载荷难以获取的问题,为载荷谱编制和疲劳特性分析提供依据。     

五自由度教学机器人运动学及工作空间分析

以一种教学五自由度机器人为研究对象,对其进行了运动学分析和工作空间仿真。采用D-H方法推算出运动学方程的变换矩阵,得到运动学正解及利用反变换法获得运动学逆解;根据矢量积方法给出了机器人的速度雅可比矩阵。最后利用包络法分组解法求解了该机器人实际工作空间曲面,为该教学机器人的结构优化、动力学分析和运动控制提供了依据。