基于挖掘力模型的采样机械臂运动位姿节能控制研究

作     者：姚兴岭 张亮 张淑坤 YAO Xingling;ZHANG Liang;ZHANG Shukun

作者机构：新乡职业技术学院智能制造学院河南新乡453000 山东理工大学机械工程学院山东淄博255000 

出 版 物：《中国工程机械学报》 (Chinese Journal of Construction Machinery)

年 卷 期：2021年第19卷第4期

页      面：318-323页

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 

基　　金：山东省自然科学基金资助项目(ZR2017LE015) 

主　　题：可操纵性椭球 采样机械臂 能量评价指标函数 主动控制 仿真 

摘      要：为了降低采样机械臂在挖掘土壤过程中能量损失,延长其工作时长,设计了可操纵性椭球模型和能量评价指标函数。通过仿真检验机械臂能量消耗,创建了采样机械臂运动位姿的可操作性椭球模型,给出了机械臂运动过程中的能量评价指标函数。对采样机械臂挖斗进行受力分析,给出了挖斗不同表面的受力方程式,设计了采样机械臂主动控制方法。在机械臂不同运动位姿状态下,采用Matlab软件对采样机械臂能量消耗进行仿真。结果显示:在无可操纵性椭球模型条件下,采样机械臂运动位姿较差,单位连杆长度受力较大,导致机械臂消耗的能量较多;在有可操纵性椭球模型条件下,采样机械臂运动位姿较优,单位连杆长度受力较小,导致机械臂消耗的能量较少。在同等条件下,随着采样机械臂挖斗的采样点不同,机械臂消耗的能量也不同。采样点越远,机械臂消耗的能量也越多,能够工作的时长也越短。采样机械臂挖斗采用可操纵性椭球模型,能够降低机械臂的能量损失,延长机械臂工作时长。