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悬挂立筒仓清洁机器人转动控制系统的仿真研究

作　者: 刁伟华
导　师: 曹毅
学　校: 河南工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 虚拟建模 悬吊式清洁机器人 转动控制 联合仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 37次
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内容摘要


粮食作为人类生存的基本物质资料，是人类赖以生存的基本保障。立筒仓由于其具有机械化程度高，出入仓快捷，且仓底悬空，不受地温影响等优点，是储藏粮食过程中较完善的装置。由于立筒仓为一种具有高度非结构特征的封闭式高危环境，所以本课题拟采用机器人清理板结在立筒仓壁上的粮食。立筒仓在顶部具有进粮口，在底部有清粮口并固定有螺旋清粮机。这种结构使得普通机器人从清粮口进入仓内进行清理非常困难。在清理过程中，机器人需要实时掌握被清理仓壁的情况，并准确地预测和判断它的运动趋势，这需要合理地设计立筒仓清理机器人并采用相应的控制方法。首先，本课题从立筒仓清洁的实际情况出发，在详细分析立筒仓结构的基础上，采用钢丝绳悬吊的方式将机器人从立筒仓顶部进粮口垂直放入，并控制其连续转动完成对立筒仓的清扫工作。其次，由于所设计的立筒仓清洁机器人属于典型的非线性结构，建立其精准的动力学模型具有一定困难，故采用多体动力学MSC.ADAMS软件建立了清洁机器人简化虚拟模型。由于动力学分析软件MSC.ADAMS是以系统动力学原理为基础，建立机器人系统模型，并可以将其模型转换成其它软件中的模型模块，方便了对系统的控制仿真。同时使得设计人员更加关注于控制系统的设计，通过不断的仿真与模拟完善整个机械控制系统。再次，因为清洁机器人采用钢丝绳进行悬吊控制，属于典型的非线性和欠驱动运动方式，所以针对上述清洁机器人的简化虚拟样机模型，先设计了传统的PID控制器，验证该悬吊式清洁机器人模型的可控性和采用悬吊方式进行清扫的可实施性。本文在传统PID控制的基础上，设计了模糊逻辑控制器，并分析对比了二者对清洁机器人模型控制效果的优缺点。最后，通过ADAMS与Simulink的接口，实现对立筒仓清洁机器人控制系统的联合仿真。并且从仿真结果出发，调节控制系统的参数，实现对立筒仓清洁机器人的转动控制。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景和意义  9-11
  1.2 国内外目前研究现状  11-14
  1.3 课题的研究目的和内容  14
  1.4 论文的组织结构  14-16
第二章 悬挂式清洁机器人的控制原理  16-24
  2.1 悬挂式清洁机器人结构  16-17
  2.2 悬挂式清洁机器人动力学建模基本理论  17-20
    2.2.1 关于刚体的动力学分析原理  17-19
    2.2.2 关于柔性体的动力学分析原理  19-20
  2.3 悬挂式清洁机器人的控制策略  20-24
    2.3.1 PID 控制  20-22
    2.3.2 模糊控制  22-24
第三章 建立立筒仓清洁机器人的虚拟模型  24-32
  3.1 机械动力学分析软件 ADAMS 介绍  24-25
  3.2 建立立筒仓清洁机器人的简化模型  25-29
    3.2.1 采用柔性段建立钢丝绳的模型  25-26
    3.2.2 采用刚性结构建立钢丝绳的模型  26
    3.2.3 对两种虚拟样机模型的仿真  26-29
  3.3 建立立筒仓清洁机器人复杂虚拟样机模型  29-31
    3.3.1 立筒仓清洁机器人吊索长度的变化  30
    3.3.2 立筒仓清洁机器人机械臂在运动中的变化  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章 立筒仓清洁机器人控制系统设计  32-43
  4.1 立筒仓清洁机器人 PID 控制器  32-35
  4.2 立筒仓清洁机器人模糊控制器的设计  35-42
    4.2.1 模糊控制的工作原理  35-36
    4.2.2 模糊控制器的输入输出变量  36
    4.2.3 输入变量的模糊化  36-39
    4.2.4 模糊控制器的控制规则  39-40
    4.2.5 模糊控制器输出变量的清晰化  40-41
    4.2.6 基于 MATLAB/fuzzy toolbox 的模糊推理系统  41-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章 对立筒仓清洁机器人模型的控制系统仿真  43-56
  5.1 ADAMS/ Simulink 联合仿真原理  43-44
  5.2 立筒仓清洁机器人简化模型的 PID 控制系统仿真  44-49
  5.3 立筒仓清洁机器人虚拟模型的模糊控制系统仿真  49-54
  5.4 本章小结  54-56
第六章 总结与展望  56-58
  6.1 总结  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
作者简历  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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