考虑重力的液压重载机械臂模型修正应用研究

液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整体复杂结构的有限元模型及其预应力刚化模态频率的代理模型,以多个工况试验模态分析结果为目标,基于全局优化算法实现了整体结构的模型修正。对试验修正后的模型开展了应变响应预测,验证了模型的预测能力。研究结果表明,所提方法不仅提高了模型复现修正响应的能力,而且能够准确预测未修正的响应,从而验证了方法的可行性,为重载机械臂的自动控制和优化设计提供了精确动力学模型。

考虑动态倾覆稳定性的液压重载机械臂路径规划方法

针对液压重载机械臂的动态倾覆稳定性问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法的路径规划方法。与只对危险工况的静态稳定性校核不同,该算法以机械臂运动过程中的动态倾覆稳定性最优为目标,在机械臂的关节空间内进行路径规划。以7个关节变量组成的七维数组作为采样点,结合正运动学与力矩法建立机械臂的动态倾覆稳定性计算模型,利用双采样点择优原则,选择其在对应位姿下抗倾覆稳定力矩最优的随机点作为采样点,以增强算法的启发性。在Matlab平台进行的仿真实验表明,改进RRT算法规划路径的倾覆裕度在3种典型工况下分别提升了37%、28%和38%,有效地改善了液压重载机械臂作业平台的抗倾覆稳定性。

基于ADAMS的重载液压机械臂动力学建模与仿真

针对七自由度重载液压机械臂,建立精确、高效的重载液压机械臂系统逆动力学模型。利用牛顿-欧拉递推法、Spong柔性关节模型和Stribeck摩擦模型建立机械臂动力学模型;利用Creo完成机械臂三维模型搭建并导入ADAMS分析计算。与试验结果对比,确定系数均大于0.6,与无摩擦纯刚体模型计算结果相比有明显提升,验证了建模方法的准确性。

矿山液压重载机械臂远程控制器与滤波器设计

在智能矿山液压重载机械臂的控制中,如果要实现远程控制,当前的控制器很容易受到外部随机噪声干扰,出现机械臂动作脱离控制的情况。为此,提出一种矿山液压重载机械臂远程控制器与滤波器设计方法。基于导线、控制器、收发器与终端电阻设计矿山液压重载机械臂CAN控制器,结合Gabor框架及傅里叶变换设计CAN通信控制器信号采集方法。通过引入小波包变换方法设计一种滤波器,使用滤波器对机械臂通信信号进行干扰滤波,保证远程通信控制信号的准确性。实验结果表明:研究的滤波输出方法能够有效提高远程通信控制信号的信噪比,降低信号的滤波输出延时,提高矿山液压重载机械臂之间的通信控制能力。

液压重载机械臂双泵并联EHA-VS控制系统的分析与仿真

为了满足液压重载机械臂连续运动时所需的流量,降低无效功率的损耗,研究双泵并联EHA-VS控制系统的特性.基于AMESim平台,建立系统仿真模型,通过对斜盘式轴向柱塞泵的仿真分析,得出流量和电机转速的关系.完成系统整体参数的设定,预设预期流量值进行仿真,运用PID控制器对参数进行调整.采用永磁同步电机(PMSM),根据流量需求实时调整电机转速,提高响应效率.仿真分析表明:使用调节伺服电机转速从而控制系统流量的方法,可以较精准的对流量进行实时调控.研究结果可对双泵并联EHA-VSVP系统的研究提供一定的理论依据.

基于ROS的液压重载机械臂避障仿真

为实现液压重载机械臂的运动轨迹规划,采用SolidWorks建立了七自由度机械臂空间结构模型,通过ROS平台的URDF文件建立仿真模型.使用MoveIt实现运动规划,借助快速扩展随机树算法(RRT)进行机械臂的路径规划,得到机械臂各关节位移随时间变化的曲线.仿真结果表明机械臂在障碍物环境中实现了自动避障,该方法为在复杂障碍环境下进一步改进规划算法提供了直观便捷的方法.

七自由度重载液压机械臂运动学仿真分析

针对7自由度重载液压机械臂,建立精确的重载液压机械臂系统运动学方程。利用Creo完成机械臂三维模型搭建。利用D-H参数法通过Matlab建立了机械臂的运动学模型,求解运动学方程完成了机械臂的正向运动学推导;通过蒙特卡洛法分析计算机械臂工作空间。为进一步研究动力学及运动精度控制提供依据。

基于前馈补偿的重载液压机械臂运动高精度控制研究

常规的重载液压机械臂运动高精度控制方法主要使用CANopen分布式通信架构生成控制指令,易受可变工况失稳影响,导致控制轨迹坐标与规划轨迹坐标不拟合,因此,研究一种基于前馈补偿的重载液压机械臂运动高精度控制方法。辨识重载液压机械臂运动控制参数,利用前馈补偿生成了液压机械臂运动高精度控制方程,从而完成了重载液压机械臂运动高精度控制。实例分析结果表明,设计的重载液压机械臂运动前馈补偿高精度控制方法应用下控制轨迹坐标与规划轨迹坐标较拟合,证明设计方法的控制效果较好,具有可靠性,能够为提高重载液压机械臂运动效率,降低作业难度作出重要贡献。

液压重载机械臂关节结构优化研究

针对液压重载机械臂刚-柔耦合特性对机构设计带来的巨大挑战,采用动力学分析对机械臂进行了仿真,并提取了关节载荷谱。在综合考虑关节轴圆角、台阶位置、台阶结构等多种因素影响的基础上,完成了平摆关节的结构非线性分析和优化设计,有效提升了关节强度和安全系数。经现场应用验证,关节优化后的液压重载机械臂在额定负载下运行良好,满足了实际作业需求。

基于听觉反馈的主从式重载液压臂辅助操控方法

多自由度液压臂的主从式位置控制方式相比传统关节速度操控方式具有操作直观、交互自然等优点,但大惯量响应滞后特性带来操控作业效率低、环境碰撞风险高等问题。为此,提出一种基于听觉反馈的主从式重载液压臂辅助操控方法,其基本原理为将主从位置误差映射为不同响度和音调的声音信号并反馈给操作者,目的是一方面在新手操作培训中提高学习效率,另一方面在实际任务场景中提高操控性能。建立基于样机实测数据的主从式重载液压臂虚拟现实操控平台,设计出听觉反馈的人机交互辅助操控界面,征集了40名新手受试者参与试验研究与性能评估。对比试验结果表明,在新手培训环节中,该听觉反馈辅助操控方法能使操作训练次数减少24.7%,从而帮助新手更快掌握操作技能;在实际作业场景中,该方法能平均降低8.8%的任务完成时间,并平均减少22.7%的环境碰撞次数,从而提高作业效率并降低环境碰撞风险。

液压重载机械臂的精确建模与模态参数识别

针对液压重载机械臂结构复杂、自重下挠及附属部件较多等特点,提出了使用激光跟踪仪测量机械臂模态测点的准确空间坐标,进而建立精确的模态几何模型,提高建模准确性和模态参数识别的可信度。采用单点激励多点响应法,对机械臂进行锤击试验,基于LMS模态参数算法提取机械臂的模态参数,并通过验证算法对识别出的模态参数正确性进行评估。试验结果表明,试验模态识别出的前6阶固有频率值与有限元计算分析的结果误差均在10%以内,验证了两者的相似性及可靠性。