水火彎板雙機(jī)械臂的協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、水火彎板（即線加熱，Line Heating）是當(dāng)前船體三維曲面加工中最為重要的一種成形工藝，也是影響現(xiàn)代船舶制造業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由于水火彎板工藝機(jī)理復(fù)雜和經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)的特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中仍依賴熟練工人手工操作完成。再加上水火彎板熟練工人培養(yǎng)困難、培養(yǎng)周期長(zhǎng)等因素，水火彎板工藝正隨著熟練工人的減少而面臨缺失斷代的危險(xiǎn)。因此，水火彎板加工的自動(dòng)化已是現(xiàn)代船舶制造業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急?？紤]到水火彎板工作任務(wù)的復(fù)雜性和工作環(huán)境的多變性，

2、本課題選用適用范圍廣、協(xié)作能力強(qiáng)的雙機(jī)械臂，并對(duì)雙機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)、雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作的軌跡規(guī)劃、雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作的跟蹤控制與仿真等問題進(jìn)行了研究。
　　首先研究和分析了雙機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)。根據(jù)水火彎板雙機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了基于連桿坐標(biāo)系的雙機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并討論了其正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。其中，就雙機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題，采用建立約束條件的方法求取運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，從而解決雙機(jī)械臂的碰撞問題。另外，對(duì)雙機(jī)械臂的速度雅克比矩陣也進(jìn)行

3、了分析。
　　其次，對(duì)雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作時(shí)的軌跡規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。以機(jī)械臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短作為尋優(yōu)目標(biāo)，建立速度和加速度約束條件，再結(jié)合B樣條插值法構(gòu)造實(shí)際軌跡，最后利用具有多目標(biāo)全局搜索特點(diǎn)的雙種群遺傳算法尋找出時(shí)間最優(yōu)值。通過雙種群遺傳算法和B樣條插值法相結(jié)合，得到了雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作過程的時(shí)間最優(yōu)軌跡，同時(shí)保證了加工軌跡的平滑性。
　　然后，研究了雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作時(shí)的跟蹤控制問題，采用拉格朗日方程對(duì)雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作的動(dòng)

4、力學(xué)進(jìn)行了分析，建立了雙機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型，采用PID控制方法對(duì)雙機(jī)械臂進(jìn)行控制，并進(jìn)行雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該方法的可行性；為了更好的實(shí)現(xiàn)雙機(jī)械臂的非線性控制，研究了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，并進(jìn)行了相應(yīng)控制器設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明該方法有助于消除雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作時(shí)的相對(duì)誤差，使系統(tǒng)達(dá)到了較為理想的控制效果。
　　最后，在水火彎板雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作時(shí)軌跡規(guī)劃和跟蹤控制研究的基礎(chǔ)上，對(duì)水火彎板雙機(jī)械臂控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。雙機(jī)械臂