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内河港口岸电插头自动对接机械臂的运动控制与轨迹规划
| 论文题名： | 内河港口岸电插头自动对接机械臂的运动控制与轨迹规划 |
| 关键词： | 港口设备;岸电插头;自动对接机械臂;运动控制;轨迹规划 |
| 摘要： | 在全球运输业务急剧增长的情况下，运输效益更高的船运成为各行业的货运首选。船舶靠港时严重的大气污染，促使了岸电技术的发展。本文以跨省内河港口岸电建设为背景，针对岸电插头对接问题，以提高港口船舶岸电连接的效率为目的，以提高港口自动化程度，促进港口无人化码头的发展为宗旨，深入探讨新型岸电插头对接模式。主要研究内容总结如下： (1)分析了内河港口岸电对接过程，考虑到岸电插头空间位姿的不确定性，以工业六轴机械臂为主要执行机构，以液压平台为辅助执行机构，提出了内河港口岸电插头自动对接系统整体方案，设计了该系统在岸电插头对接过程中的具体控制流程。 (2)根据对接机械臂机构参数，使用修正D-H(Denabit-Hartenberg)建模方法建立了岸电插头对接机械臂运动学模型。在已知岸电插头位姿的前提下，求解了岸电对接机械臂末端手爪到达岸电插头前的对接机械臂关节控制角，便于机械臂末端手爪能够以岸电插头的姿态方向直线运动，保证了手爪对岸电插头的稳定抓取。根据对接过程中视觉相机对视野范围的需求，建立了基于眼在手外的对接系统手眼位姿关系模型，使用Tsai两步法求解了对接系统手眼位姿关系，进而解决了岸电插头相对于岸电对接机械臂的位姿信息求解问题。 (3)根据岸电插头对接过程中时间不作为强约束的特点，提出了对接机械臂关节空间下的改进三次多项式插值规划方法，避免了传统方法中出现速度或加速度超限的问题。根据岸电插头对接过程中仅存在两个强位置约束的特点，提出了基于阿基米德螺旋线的对接机械臂笛卡尔空间轨迹插值规划方法，解决了对接机械臂末端手爪出现空间干涉的问题。采用单位四元数的姿态表示方法，实现了对接机械臂末端手爪姿态插值规划。 (4)搭建了岸电插头自动对接实验平台，通过实机运行测试，验证了对接机械臂运动控制及轨迹规划方法的可行性与准确性。在岸电对接模拟测试中，岸电插头自动对接系统在一分钟内完成了岸电插头的准确对接。 |
| 作者： | 涂圣才 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 曹小华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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