[發(fā)明專利]基于角度補(bǔ)償?shù)姆寸P裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310066600.3
• 申請(qǐng)日: 2013-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104032780A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊會(huì)永;俞孟蕻;袁偉;齊亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 楊會(huì)永
• 主分類(lèi)號(hào): E02F3/32
• 分類(lèi)號(hào): E02F3/32
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于疏浚工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于角度補(bǔ)償?shù)姆寸P裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立方法。

背景技術(shù)

隨著疏浚行業(yè)的日益壯大，反鏟式挖泥船在現(xiàn)代疏浚行業(yè)也越來(lái)越受到重視，一方面在于它對(duì)硬質(zhì)土層的挖掘上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性，另一方面它還適合于挖掘其它挖泥船所不能勝任的場(chǎng)合，如清理圍堰、拆毀舊堤、打撈沉物、排除障礙物等。為了適應(yīng)惡劣環(huán)境，降低人力成本，提高任務(wù)質(zhì)量，人們開(kāi)始研究如何實(shí)現(xiàn)反鏟裝置的自動(dòng)控制。

對(duì)反鏟裝置進(jìn)行自動(dòng)控制研究，建立一個(gè)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是必不可少的。所以在建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型時(shí)，一方面要考慮如何選擇合適的解析求法，另一方面就是要考慮反鏟裝置工作環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模所帶來(lái)的影響。由于反鏟挖泥船在挖泥過(guò)程以及提升卸泥過(guò)程會(huì)對(duì)船身造成一定的反作用力，導(dǎo)致船身傾斜，所以相對(duì)于以船身處于水平情況下所建立的基坐標(biāo)系而言，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的偏差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立不準(zhǔn)確，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型所建立的軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤同樣會(huì)產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響跟蹤精度以及作業(yè)效率。國(guó)內(nèi)在建立反鏟裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型時(shí)，考慮的都是船身處于水平的情況下，忽略了船身傾斜造成的角度誤差。隨著傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)研究船身傾斜造成的角度誤差帶來(lái)了方便，本發(fā)明在運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)上提出了角度補(bǔ)償?shù)母拍睿谝欢ǔ潭壬咸岣吡塑壽E自動(dòng)跟蹤的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于角度補(bǔ)償?shù)姆寸P裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立方法。

基于角度補(bǔ)償?shù)姆寸P裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立方法，其特征在于包含以下步驟：

a)分析反鏟裝置的工作空間構(gòu)成，并根據(jù)選取的參考變量不同給出驅(qū)動(dòng)空間，關(guān)節(jié)空間，位姿空間的構(gòu)成。

b)在分析傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的D-H方法建立反鏟裝置基于角度補(bǔ)償?shù)恼\(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

c)根據(jù)反鏟式挖泥船反鏟裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并考慮角度誤差的因素，建立準(zhǔn)確的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

d)根據(jù)實(shí)際控制的需求，給出各關(guān)節(jié)空間和驅(qū)動(dòng)空間的關(guān)系。

本發(fā)明的有益效果是：

反鏟挖泥船在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，由于浮船已經(jīng)被艏艉定位樁固定住，船身所受到外界環(huán)境的干擾因素風(fēng)，浪，流等可以忽略不計(jì)，但是由于船身傾斜造成的角度誤差，會(huì)對(duì)實(shí)際的作業(yè)效率以及作業(yè)安全產(chǎn)生一定的危害。此時(shí)采用基于角度補(bǔ)償?shù)姆椒ń?zhǔn)確的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，不僅提高鏟斗齒尖的實(shí)際跟蹤精度，能夠?qū)崟r(shí)的反饋當(dāng)前反鏟裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且也提高了作業(yè)效率，對(duì)操作人員的施工安全也起到了一定的保障作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體流程框圖

圖2是本發(fā)明的反鏟裝置坐標(biāo)系及絞點(diǎn)符號(hào)約定

圖3是靜態(tài)的反鏟裝置連桿坐標(biāo)系簡(jiǎn)圖

圖4修正后的反鏟裝置連桿坐標(biāo)系簡(jiǎn)圖

圖5運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解幾何計(jì)算示意圖

圖6動(dòng)臂關(guān)節(jié)角θ₂未考慮角度補(bǔ)償?shù)膶?shí)際軌跡和期望軌跡對(duì)比效果圖

圖7動(dòng)臂關(guān)節(jié)角θ₂考慮角度補(bǔ)償后的實(shí)際軌跡和期望軌跡對(duì)比效果圖

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，基于角度補(bǔ)償?shù)姆寸P裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立方法，包括以下步驟

1)反鏟裝置工作空間構(gòu)成

圖2是本發(fā)明的反鏟裝置坐標(biāo)系及絞點(diǎn)符號(hào)約定。包括回轉(zhuǎn)平臺(tái)在內(nèi)的挖泥船反鏟裝置是四連桿結(jié)構(gòu)。按照選取的變量不同可以把反鏟裝置分為如下空間；驅(qū)動(dòng)空間、關(guān)節(jié)空間和位姿空間。分別定義如下：

a.驅(qū)動(dòng)空間：由回轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)角λ₁，動(dòng)臂的液壓缸長(zhǎng)度λ₂，斗桿液壓缸的長(zhǎng)度λ₃和鏟斗液壓缸的長(zhǎng)度λ₄組成，表示成[λ₁，λ₂，λ₃，λ₄]^T。

b.關(guān)節(jié)空間：為回轉(zhuǎn)平臺(tái)相對(duì)于底盤(pán)的轉(zhuǎn)角θ₁，動(dòng)臂相對(duì)于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)角θ₂，斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角θ₃，以及鏟斗相對(duì)于斗桿的轉(zhuǎn)角θ₄，構(gòu)成了關(guān)節(jié)空間[θ₁，θ₂，θ₃，θ₄]^T。