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水火弯板双机械臂的协调控制研究
| 论文题名： | 水火弯板双机械臂的协调控制研究 |
| 关键词： | 水火弯板;船体三维曲面加工;双机械臂;协调控制;轨迹规划;模糊神经网络 |
| 摘要： | 水火弯板（即线加热，Line Heating）是当前船体三维曲面加工中最为重要的一种成形工艺，也是影响现代船舶制造业快速发展的关键环节之一。由于水火弯板工艺机理复杂和经验依赖性强的特点，在实际生产中仍依赖熟练工人手工操作完成。再加上水火弯板熟练工人培养困难、培养周期长等因素，水火弯板工艺正随着熟练工人的减少而面临缺失断代的危险。因此，水火弯板加工的自动化已是现代船舶制造业发展的当务之急。考虑到水火弯板工作任务的复杂性和工作环境的多变性，本课题选用适用范围广、协作能力强的双机械臂，并对双机械臂的运动学、双机械臂协调操作的轨迹规划、双机械臂协调操作的跟踪控制与仿真等问题进行了研究。 首先研究和分析了双机械臂的运动学。根据水火弯板双机械臂的结构特点，建立了基于连杆坐标系的双机械臂运动学模型，并讨论了其正逆运动学问题。其中，就双机械臂运动过程中可能出现的碰撞问题，采用建立约束条件的方法求取运动学逆解，从而解决双机械臂的碰撞问题。另外，对双机械臂的速度雅克比矩阵也进行了分析。 其次，对双机械臂协调操作时的轨迹规划问题进行了研究。以机械臂关节的运动时间最短作为寻优目标，建立速度和加速度约束条件，再结合B样条插值法构造实际轨迹，最后利用具有多目标全局搜索特点的双种群遗传算法寻找出时间最优值。通过双种群遗传算法和B样条插值法相结合，得到了双机械臂协调操作过程的时间最优轨迹，同时保证了加工轨迹的平滑性。 然后，研究了双机械臂协调操作时的跟踪控制问题，采用拉格朗日方程对双机械臂协调操作的动力学进行了分析，建立了双机械臂的动力学模型，采用PID控制方法对双机械臂进行控制，并进行双机械臂协调操作仿真实验，验证该方法的可行性；为了更好的实现双机械臂的非线性控制，研究了模糊神经网络控制方法，并进行了相应控制器设计，仿真结果表明该方法有助于消除双机械臂协调操作时的相对误差，使系统达到了较为理想的控制效果。 最后，在水火弯板双机械臂协调操作时轨迹规划和跟踪控制研究的基础上，对水火弯板双机械臂控制系统进行了软件设计。双机械臂的软件系统采用层次化结构和模块化设计，主要界面有参数、校准、加工和测量等界面，为实际系统的建立提供了有力支撑。 |
| 作者： | 赵显 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 李彦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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