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伸缩臂式高空作业车的关键控制技术研究
其他题名Research on the Control Techniques of Aerial Work Platform with Telescopic Booms
王硕
学位类型工学硕士
导师赵晓光 ; 李恩
2011-05-26
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词高空作业车 控制系统 Canopen 运动学 幅度限制 Aerial Work Platform Control System Canopen Kinematics Range Limits
摘要高空作业车是一种载人作业的重要工程机械设备,广泛应用于国民经济建设的各个行业。随着社会的发展和技术的进步,在实际应用中对于高空作业车的自动化、人性化、智能化程度有着越来越高的要求。因此,将新的控制技术与高空作业车这种特定对象相结合,开发高空作业车专用智能控制器,是促进该行业技术进步的重要途径。高空作业车按照臂架型式可以划分为伸缩臂、折叠臂和混合臂三种类型,而伸缩臂式高空作业车由于其结构相对简单、体积小、作业高度高等优点,在实际应用中逐渐成为行业内的主要发展方向。本文主要采用机器人控制理论和技术,研制了高空作业车的控制系统,并基于伸缩臂式高空作业车的运动学分析,对防倾翻控制方法和轨迹跟踪控制方法进行了研究。 首先,本文在综合分析当前高空作业车智能控制技术的基础上,根据伸缩臂式高空作业车的实际控制要求,采用嵌入式技术开发了基于CAN总线的高空作业车控制模块。针对CAN总线应用层的CANopen协议中SDO通讯效率不高的特点,提出了协议内容的改进方案,并在高空作业车控制器系统设计中实现了该协议的应用,开发了控制模块的软、硬件系统。 其次,提出了一种基于臂架运动学分析的防倾翻控制方法。通过对高空作业车臂架结构和运动学的分析,推导了臂架的运动学方程,实现了笛卡尔坐标系和关节坐标系之间的转换。结合运动学分析结果,给出了高空作业车作业机构的安全作业空间,实现了一种基于机械臂运动幅度限制曲线的防倾翻控制。 最后,给出了一种多自由度机械臂末端轨迹跟踪控制方法。通过对液压动力系统及液压比例流量阀的特性研究,提出了一种基于机械臂油压系统的控制模型,针对该模型设计了PID控制器,实现了伸缩臂式高空作业车的作业平台轨迹跟踪控制。并进一步分析了该控制方法中由于系统误差带来的控制精度问题,提出了改进方法即基于速度的轨迹跟踪控制方法。对比得知,该改进方法控制精度更高。 应用本文设计的控制模块和所提出的控制方法,在伸缩臂式高空作业车上进行了实验,实现了对高空作业臂架末端工作平台直线运动及刷墙运动模式的控制。
其他摘要The aerial work platform is a major machinery equipment for manned work, which is widely used in various sectors of national economic constructions. With the social development and technological progress, the standards of aerial work platform’s automation, humanization, and intellectualization are higher and higher. Therefore, combining the new control technology in the other fields and the aerial work platform, which is the specific object, to develop the intelligent controller is an important way to promote technological progress in the industry. Aerial work platforms can be divided into three types in accordance with the boom structures. That is the telescopic-booms, folding-booms and mixed-booms. And telescopic-boom aerial work platform, because of its relatively simple structure, small size, high operating height’s advantages, has become the industry’s main direction of development. This paper mainly uses the technology related to the robot control to develop the aerial work platform’s control systems, and makes deeply research of the kinematic analysis, anti-rollover control and trajectory tracking control method of the telescopic-boom aerial work platform. First, based on the comprehensive analysis of the current control technology on aerial work platforms, to reach the functional requirements of the intelligent control, this paper designs the control modules using the embedded ARM platform. For the feature of the low efficiency of the SDO communication in "CANopen protocol", which is the application layer protocol for CAN bus, the improved scheme is achieved in the application of the control system on the aerial work platform. Also, the software and hardware design is developed. Secondly, this paper presents an anti-rollover control method based on the kinematic analysis of the robotic arm. The structure and kinematics of the aerial work platform’s robotic arm is analyzed to derive the kinematic equations and achieve the conversion between the Cartesian coordinate system and the joint coordinate system. And further, combined with the results of kinematical analysis, the secured operation work space of the aerial platform is given, also is the limited motive curve of the robotic arm, implementing the anti-rollover control. Finally, a trajectory tracking control method of the multi-freedom robotic arm end is proposed. Through the research of the hydraulic power system’s and hydraulic proportional flow valve’s characteristics, this ...
馆藏号XWLW1567
其他标识符200828014628016
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/7550
专题毕业生_硕士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
王硕. 伸缩臂式高空作业车的关键控制技术研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2011.
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