悬挂立筒仓清洁机器人转动控制系统的仿真研究

【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。 【关键词】：虚拟建模 悬吊式清洁机器人 转动控制 联合仿真
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 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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