三關(guān)節(jié)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡的可控性研究

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1、三關(guān)節(jié)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡的可控性研究第一章緒論1.1課題研究背景最初挖掘機(jī)是手動(dòng)的，從發(fā)明到現(xiàn)在，挖掘機(jī)經(jīng)歷了蒸汽驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)，和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種驅(qū)動(dòng)方式。在20世紀(jì)40年代以后，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，20世紀(jì)50年代研制出了今天人們常見的履帶式全液壓挖掘機(jī)。我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為13m的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)階段。業(yè)內(nèi)人士指出，我國(guó)單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；斗容量宜控制在0.1-153m；而對(duì)于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝配精

2、度要求高，施工現(xiàn)場(chǎng)維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運(yùn)用電液控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動(dòng)化。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)問世到現(xiàn)在應(yīng)經(jīng)130多年，在這期間挖掘機(jī)經(jīng)歷了由半回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)，再到全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展過程。從20世紀(jì)后期開始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。從近幾年工程機(jī)械的發(fā)展來看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對(duì)較快。挖掘機(jī)主要用于工程建設(shè)。如：公路、橋梁、建筑、養(yǎng)殖池、地下工程、搶險(xiǎn)開挖等。挖掘機(jī)主要特點(diǎn)是馬力大，效率高，能完成人力所不能完成的工程，提高工作效

3、率。挖掘機(jī)應(yīng)用廣泛，工程隊(duì)，建筑業(yè)，搶險(xiǎn)部門，甚至個(gè)人都需要挖掘機(jī)。作為工程機(jī)械的主流產(chǎn)品，挖掘機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利電力工程、礦山采掘以及軍事工程等施工中起著極為重要的作用。最早機(jī)器人采用的是順序控制，隨著微型計(jì)算機(jī)的向前發(fā)展，機(jī)器人通過采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)機(jī)電裝置的功能。隨著控制技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人控制朝著智能方向發(fā)展，出現(xiàn)了多傳感器信息融合、智能行為控制等多種新技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)則是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等技術(shù)基礎(chǔ)上的一門綜合技術(shù)。隨著電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制理論的發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)的需要以及空間技術(shù)的進(jìn)步

4、，機(jī)器人技術(shù)迅速發(fā)展起來。機(jī)器人從其誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展到了第三代。第一代是示教再現(xiàn)機(jī)器人。它們裝有記憶存儲(chǔ)器，然后人按照操作要求給機(jī)器人做好示范，使機(jī)器人能夠記憶操作要領(lǐng)。當(dāng)接收到再現(xiàn)命令時(shí)，它能夠把輸入的動(dòng)作再現(xiàn)。第二代是離線編程的工業(yè)機(jī)器人，它里面裝有計(jì)算機(jī)和傳感器。它能夠?qū)ν饨缧畔⑦M(jìn)行感知和思維，這點(diǎn)比第一代靈活、也比第一代更適應(yīng)變化環(huán)境的要求。第三代是智能機(jī)器人，它具有類似人的感知、思維和動(dòng)作。它里面裝有很多傳感器，這些傳感器能識(shí)別環(huán)境，能自己做決策，具有象人類大腦一樣的功能。這種機(jī)器人動(dòng)作靈活，它是智能控制發(fā)展到高級(jí)階段的表現(xiàn)。隨著機(jī)

5、器人技術(shù)的發(fā)展和機(jī)器人功能的強(qiáng)大，機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，這不僅降低了操的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，帶來了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)器人還在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途?，F(xiàn)在的機(jī)器人是高級(jí)整合控制理論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)產(chǎn)物，其重要性還體現(xiàn)在國(guó)家對(duì)外交流上，機(jī)器人的發(fā)展程度現(xiàn)在代表著一個(gè)國(guó)家的科技水平。1.2課題研究現(xiàn)狀挖掘機(jī)是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)地面的物料，并裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)的土方機(jī)械。常見的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)包括動(dòng)力裝置，工作裝置，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)施

6、等?，F(xiàn)在的挖掘機(jī)大都是液壓挖掘機(jī)，液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的智能化、自動(dòng)化創(chuàng)造了條件，挖掘機(jī)的機(jī)器人化發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的必然產(chǎn)物，人們總是設(shè)法讓更智能化的機(jī)器來代替人的勞動(dòng)。各種工程機(jī)械、建筑機(jī)械的自動(dòng)化控制

7、已成為當(dāng)今國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。國(guó)外在智能挖掘機(jī)的研究上，已取得了一些成果。但主要還是集中在低級(jí)局部自主挖掘方面，而全自動(dòng)的挖掘機(jī)技術(shù)則發(fā)展較慢，大部分停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。澳大利亞悉尼大學(xué)特種機(jī)器人研究中心研制開發(fā)了遠(yuǎn)程控制機(jī)器人化挖掘機(jī)，通過位移及力反饋控制液壓伺服系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)自主化作業(yè)。日本小松公司的液壓挖掘機(jī)激光引導(dǎo)自動(dòng)挖掘系統(tǒng)。采用激光引導(dǎo)裝置，能自動(dòng)控制工作裝置的位置。美國(guó)卡耐基．梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)院對(duì)自動(dòng)挖掘規(guī)劃策略進(jìn)行了研究，其研制的挖掘機(jī)器人可以在對(duì)挖掘地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)上．規(guī)劃挖掘動(dòng)作并控制工作裝置來挖掘埋在地下的

8、公共設(shè)施管道。它使用一個(gè)由傳感器構(gòu)成的表面模型，用來規(guī)劃挖掘作業(yè)。為了建立精確的表面和目標(biāo)深度分布圖，控制系統(tǒng)對(duì)聲納數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋．以獲得