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连续型飞机油箱检查机器人路径跟随研究

连续型飞机油箱检查机器人路径跟随研究

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作者：王力中国民航大学

学位级别：硕士

为提高飞机油箱检查维护效率,减轻机务人员工作强度,研究适用于飞机油箱检查的机器人。连续型机器人以其细长的结构和优良的弯曲性能,可用于结构约束的狭小空间中。因此,使用连续型机器人进行油箱检查作业。本文主要研究连续型机器人对... 详细信息

为提高飞机油箱检查维护效率,减轻机务人员工作强度,研究适用于飞机油箱检查的机器人。连续型机器人以其细长的结构和优良的弯曲性能,可用于结构约束的狭小空间中。因此,使用连续型机器人进行油箱检查作业。本文主要研究连续型机器人对已规划路径的跟随控制问题。(1)根据飞机油箱检查的需求设计了连续型机器人柔性机构和具有可扩展性的驱动机构。柔性机构以碳纤维杆作为轴心支架,采用线驱动远程控制方式;驱动机构采用卷绕方式实现对驱动线的位移控制,驱动电机纵向环形布局,具有占据空间小、易于扩展的特点。(2)分析建立连续型机器人的单关节段和多关节段运动学模型,得到各关节段坐标系间的齐次变换矩阵。推导关节空间与驱动空间的映射关系,通过几何分析得到驱动线折线弯曲时求解线长变化量的数学表达式,为控制蛇臂运动奠定基础。(3)研究了基于关节段末端点与路径重合思想的连续型机器人路径跟随控制算法。对于空间共面路径,采用基于二分法求解方程的算法进行跟随;对于空间异面路径,提出基于已知点的步进逼近算法进行跟随。基于MATLAB进行路径跟随仿真实验研究,并提出路径跟随性能评价指标。仿真实验验证了路径跟随算法对不同路径的适用性和有效性。(4)设计了基于姿态和驱动力反馈的连续型飞机油箱检查机器人控制系统,并在样机平台上进行了实际实验。使用欧拉角法分析蛇臂坐标系的旋转变换关系,将姿态传感器测量的RPY姿态角转换为可用于蛇臂姿态控制的ZYZ欧拉角。针对蛇臂运行中的各驱动线速度不协调及姿态控制振荡问题,设计了速度控制策略,提高蛇臂运行的快速性和稳定性。基于VC++设计控制系统软件,进行蛇臂单关节段、两关节段的运动控制实验和路径跟随实验,结果验证了基于姿态和驱动力反馈控制的有效性和稳定性。

关键词：飞机油箱连续型机器人路径跟随末端点重合姿态反馈驱动力反馈

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