挖掘機器人分布式控制技術研究.pdf

1、浙江大學碩士學位論文摘要本文在分析液壓挖掘機控制上的特點和在總結(jié)液壓挖掘機自動控制技術研究方向和發(fā)展狀況的基礎上，提出了應用分布式控制策略實現(xiàn)挖掘機器入的實時控制。文中，作者詳盡論述了挖掘機器人分布式控制系統(tǒng)的設計技術和深入研究了挖掘機器人分布式控制的方法和技術。主要涉及如下四個方面；l、首先綜述了分布式控制技術的發(fā)展和應用狀況，介紹挖掘機器人控制上的特點，回顧和總結(jié)了國內(nèi)外液壓挖掘機自動控制技術的研究方向和發(fā)展狀況，指出實現(xiàn)機器人化是

2、液壓挖掘機自動控制技術研究的最終目的，提出了采用分布式控制方式實現(xiàn)挖掘機器人控制的方案。2、介紹挖掘機器人的功能要求和體系結(jié)構，闡述分布式控制系統(tǒng)的設計要求和分析其功能組成。在此基礎上提出挖掘機器人分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構，完成各智能節(jié)點功能分配和選擇合適的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構和通信總線，實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的方案設計。3、圍繞挖掘機器人分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構和功能分配，完成各智能子節(jié)點的硬件設計，給出了若干關鍵電路設計和探討了硬件電路設計中的抗干

3、擾和可靠性問題完成了基于CAN總線的支持多主的通信網(wǎng)絡設計和調(diào)試。開發(fā)系統(tǒng)分布式軟件機制，開發(fā)系統(tǒng)的實時控制機制和研究系統(tǒng)伺服控制、通訊規(guī)則以及規(guī)劃控制和人機交互的協(xié)同機制。著重闡述了基于多主競爭和總線仲裁的命令加參數(shù)的CAN高層通信協(xié)議的制定和為實現(xiàn)機器人實時控制而采用的以VXD(虛擬設備驅(qū)動程序)為核心的分層分布式軟件體系結(jié)構。4、展示挖掘機器人分布式控制系統(tǒng)的運行狀況。闡述節(jié)能節(jié)點的柴油機一泵復合控制原理、方法，并展示控制效果。介

4、紹其余智能節(jié)點的伺服控制框架，并給出以挖掘機器人遙控控制為例的機器人分布式控制系統(tǒng)的運行效果，結(jié)果表明，效果良好。關鍵詞：挖掘機器人，分布式，實時控制，CAN總線浙江^學頃i一學止論文第一章緒論【摘要】闡述本課題的研究意義及國內(nèi)外的研究狀況，在分析挖掘機器人控制特點及功能要求的基礎上明確研究方向和要解決的問題。11課題的提出及其研究意義液壓挖掘機的自動控制技術得到了日益廣泛的研究，對具有挖掘、傾倒、修整、升降重物等功能的復雜機器而言，自

5、動控制技術的發(fā)展使那些以往只有熟練技師才能完成的任務如成形挖掘能夠自動的執(zhí)鏟。1121，極大的提高了機器的操縱性，降低了工人的勞作強度。具備這樣控制技術的挖掘機被稱為“機器人化的挖掘機【3lp2】135l，J，或“挖掘機器人”。由于機械結(jié)構參數(shù)的變化，液壓執(zhí)行器件的非線性因素和土壤環(huán)境的影響使挖掘機器人的控制非常困難【ll。而且，其動力系統(tǒng)控制、成形挖掘、自主控制需要大量的運算并要求控制的實時性、可靠性。為解決上述問題，研究人員運用智能

6、控制策略和采用分布式控制模式【3]【砰“。隨著微電子技術的發(fā)展和現(xiàn)場總線技術成熟，使得設計微型的，可靠的分布式控制用于機器人的控制，也得到了廣泛的應用㈣[78】【8?！?2】。12國內(nèi)外研究概況121分布式控制簡介●分布式控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展最初的工業(yè)過程控制是通過單元組合儀表采用原始分散控制，各控制回路相互獨立，其優(yōu)點是某一控制回路出現(xiàn)故障時，不影響其它回路的正常工作，缺點是硬件過多，自動化程度不高，難以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)控制。隨后出

7、現(xiàn)集中控制，它是通過計算機將控制回路的運算、控制及顯示等功能集于一身，其優(yōu)點是硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，缺點是危險集中局部出現(xiàn)故障會影響整體。鑒于以上原因，人們開始研究集中分散控制，隨著控制技術、計算機技術、通信技術、圖像顯示技術的發(fā)展，70年代中期吸收原始分散控制和集中控制兩者優(yōu)點，產(chǎn)生了以“分散控制，集中管理”為特征的分布式控$llt461t副州?！F(xiàn)今，工業(yè)用的大型分布式控制產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)歷了從初始到發(fā)