懸掛立筒倉清潔機器人轉動控制系統(tǒng)的仿真研究

【摘要】：糧食作為人類生存的基本物質資料，是人類賴以生存的基本保障。立筒倉由于其具有機械化程度高，出入倉快捷，且倉底懸空，不受地溫影響等優(yōu)點，是儲藏糧食過程中較完善的裝置。由于立筒倉為一種具有高度非結構特征的封閉式高危環(huán)境，所以本課題擬采用機器人清理板結在立筒倉壁上的糧食。 立筒倉在頂部具有進糧口，在底部有清糧口并固定有螺旋清糧機。這種結構使得普通機器人從清糧口進入倉內進行清理非常困難。在清理過程中，機器人需要實時掌握被清理倉壁的情況，并準確地預測和判斷它的運動趨勢，這需要合理地設計立筒倉清理機器人并采用相應的控制方法。 首先，本課題從立筒倉清潔的實際情況出發(fā)，在詳細分析立筒倉結構的基礎上，采用鋼絲繩懸吊的方式將機器人從立筒倉頂部進糧口垂直放入，并控制其連續(xù)轉動完成對立筒倉的清掃工作。 其次，由于所設計的立筒倉清潔機器人屬于典型的非線性結構，建立其精準的動力學模型具有一定困難，故采用多體動力學MSC.ADAMS軟件建立了清潔機器人簡化虛擬模型。由于動力學分析軟件MSC.ADAMS是以系統(tǒng)動力學原理為基礎，建立機器人系統(tǒng)模型，并可以將其模型轉換成其它軟件中的模型模塊，方便了對系統(tǒng)的控制仿真。同時使得設計人員更加關注于控制系統(tǒng)的設計，通過不斷的仿真與模擬完善整個機械控制系統(tǒng)。 再次，因為清潔機器人采用鋼絲繩進行懸吊控制，屬于典型的非線性和欠驅動運動方式，所以針對上述清潔機器人的簡化虛擬樣機模型，先設計了傳統(tǒng)的PID控制器，驗證該懸吊式清潔機器人模型的可控性和采用懸吊方式進行清掃的可實施性。本文在傳統(tǒng)PID控制的基礎上，設計了模糊邏輯控制器，并分析對比了二者對清潔機器人模型控制效果的優(yōu)缺點。 最后，通過ADAMS與Simulink的接口，實現對立筒倉清潔機器人控制系統(tǒng)的聯合仿真。并且從仿真結果出發(fā)，調節(jié)控制系統(tǒng)的參數，實現對立筒倉清潔機器人的轉動控制。 【關鍵詞】：虛擬建模 懸吊式清潔機器人 轉動控制 聯合仿真
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題的研究背景和意義9-11
• 1.2 國內外目前研究現狀11-14
• 1.3 課題的研究目的和內容14
• 1.4 論文的組織結構14-16
• 第二章 懸掛式清潔機器人的控制原理16-24
• 2.1 懸掛式清潔機器人結構16-17
• 2.2 懸掛式清潔機器人動力學建模基本理論17-20
• 2.2.1 關于剛體的動力學分析原理17-19
• 2.2.2 關于柔性體的動力學分析原理19-20
• 2.3 懸掛式清潔機器人的控制策略20-24
• 2.3.1 PID 控制20-22
• 2.3.2 模糊控制22-24
• 第三章 建立立筒倉清潔機器人的虛擬模型24-32
• 3.1 機械動力學分析軟件 ADAMS 介紹24-25
• 3.2 建立立筒倉清潔機器人的簡化模型25-29
• 3.2.1 采用柔性段建立鋼絲繩的模型25-26
• 3.2.2 采用剛性結構建立鋼絲繩的模型26
• 3.2.3 對兩種虛擬樣機模型的仿真26-29
• 3.3 建立立筒倉清潔機器人復雜虛擬樣機模型29-31
• 3.3.1 立筒倉清潔機器人吊索長度的變化30
• 3.3.2 立筒倉清潔機器人機械臂在運動中的變化30-31
• 3.4 本章小結31-32
• 第四章 立筒倉清潔機器人控制系統(tǒng)設計32-43
• 4.1 立筒倉清潔機器人 PID 控制器32-35
• 4.2 立筒倉清潔機器人模糊控制器的設計35-42
• 4.2.1 模糊控制的工作原理35-36
• 4.2.2 模糊控制器的輸入輸出變量36
• 4.2.3 輸入變量的模糊化36-39
• 4.2.4 模糊控制器的控制規(guī)則39-40
• 4.2.5 模糊控制器輸出變量的清晰化40-41
• 4.2.6 基于 MATLAB/fuzzy toolbox 的模糊推理系統(tǒng)41-42
• 4.3 本章小結42-43
• 第五章 對立筒倉清潔機器人模型的控制系統(tǒng)仿真43-56
• 5.1 ADAMS/ Simulink 聯合仿真原理43-44
• 5.2 立筒倉清潔機器人簡化模型的 PID 控制系統(tǒng)仿真44-49
• 5.3 立筒倉清潔機器人虛擬模型的模糊控制系統(tǒng)仿真49-54
• 5.4 本章小結54-56
• 第六章 總結與展望56-58
• 6.1 總結56
• 6.2 展望56-58
• 參考文獻58-61
• 致謝61-62
• 作者簡歷62

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