多機(jī)協(xié)調(diào)吊裝平臺控制系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人學(xué)科越來越具有強(qiáng)大的生命力，它在某種程度上已經(jīng)代表當(dāng)今信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)集成等技術(shù)的最新發(fā)展。多機(jī)器人系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點，在航天、國防、工業(yè)、服務(wù)業(yè)等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，正確處理好個體間的協(xié)作是發(fā)揮其優(yōu)勢的關(guān)鍵。 無人直升機(jī)是一種特殊的空中機(jī)器人。目前國內(nèi)外針對無人機(jī)的研究主要集中在單架無人機(jī)的航路規(guī)劃和飛行控制器設(shè)計方面，在大型起重機(jī)無法到達(dá)或無法使用情況下，空中大

2、型設(shè)備的吊裝或緊急救援搶險就超出了單架直升機(jī)的承載能力，此時，需要多架直升機(jī)協(xié)同作業(yè)，因此多機(jī)協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)的研究，具有重大的現(xiàn)實意義。 多架直升機(jī)在空中通過吊裝物件的纜繩相互聯(lián)系、相互耦合，這既需要各架直升機(jī)時刻保證各自飛行安全，還需按控制系統(tǒng)平衡穩(wěn)定控制指令實時地調(diào)整拉力大小和方向，以保證被吊裝物件的平衡。就目前的情況而言，同時使用多架無人機(jī)進(jìn)行實時控制協(xié)調(diào)實驗是十分困難的，在現(xiàn)有的實驗條件下，作者采用使用三臺ABB機(jī)器人模

3、擬三架無人機(jī)運動的辦法，搭建多機(jī)協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)平臺，研究在機(jī)械手預(yù)定軌跡運動情況下如何保持吊裝系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定。本文以協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)平臺的搭建、運動學(xué)分析及穩(wěn)定性研究、控制系統(tǒng)設(shè)計和實驗為主線，主要探討了如下幾個方面的內(nèi)容： 1. 協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)平臺的搭建介紹了協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)平臺搭建的基本構(gòu)想和具體的設(shè)計方法，介紹了系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計，電機(jī)及編碼器等器件的選擇方法和原則。 2. 系統(tǒng)平臺的運動學(xué)分析和穩(wěn)定性研究本文中建立的多機(jī)協(xié)調(diào)

4、吊裝系統(tǒng)平臺的運動學(xué)模型，是在吸收前人研究繩索驅(qū)動機(jī)器人的建模方法基礎(chǔ)上，針對本系統(tǒng)平臺的運動特點建立的簡化模型。減輕了模型的復(fù)雜程度，使該模型簡單直觀，利于對該平臺的控制調(diào)整進(jìn)行更深入的研究。 3. 系統(tǒng)平臺的控制系統(tǒng)設(shè)計本文設(shè)計了以計算機(jī)為上位機(jī)、單片機(jī)作為下位機(jī)、無線通訊的多機(jī)協(xié)調(diào)吊裝控制系統(tǒng)。其設(shè)計工作主要包括：協(xié)調(diào)吊裝控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、系統(tǒng)的底層控制程序編寫，通訊協(xié)議制定，以及基于該系統(tǒng)具體機(jī)構(gòu)和硬件系統(tǒng)的上層

5、控制軟件開發(fā)。同時，本文的控制系統(tǒng)設(shè)計，既考慮了現(xiàn)有樣機(jī)的控制需求，又考慮了其擴(kuò)容性和可移植性。 4. 實驗和分析用設(shè)計的控制系統(tǒng)，在協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)平臺樣機(jī)上，對所編制的控制算法及優(yōu)化程序進(jìn)行了實驗驗證，證明了系統(tǒng)的運動學(xué)分析、控制方法的正確性。 協(xié)調(diào)吊裝系統(tǒng)平臺樣機(jī)的設(shè)計與實驗研究，可推廣至港口集裝箱，建筑工地超重物體等協(xié)調(diào)吊裝場合，但本文研究的目的決不僅限于此；通過地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)平臺的搭建，對于空中直升機(jī)在受到擾動或