混凝土泵车臂架运动与控制的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 混凝土泵车臂架运动与控制的研究 摘 要 随着我国城市建设步伐的加快，以及商品混凝土的大量使用，混凝土泵 车已经成为建筑行业中不可或缺的施工机械。对其施工过程自动化的研究是 十分有必要的，可以有效的提高施工质量和工作效率。本文提出了利用单片 机和遥控技术实现泵车自动浇注的设想，并利用机器人理论对泵车臂架的运 动学和动力学进行了细致的研究和分析。主要的研究内容如下: 臂架运动学和动力学的研究 文把泵车臂架作为一个冗余机器人手臂进行研究，臂架完全可以看作 色 为一个开式运动链，由一系列连杆通过转动串联而成 开链的一端固定在机 座 (基坐标)上，另一端是自由的，完成泵车的浇注 实现泵车 自动浇注的 关键是臂架的轨迹规划问题，从而必须找出臂架末端相对于固定参考系的空 间描述。本文利用D-H方法在每节臂的关节处建立笛卡尔坐标系，再加上机 座坐标和末端坐标。利用齐次坐标变换，可得到臂架的运动位置方程;对时 间求导可得运动速度方程。 臂架的动力学是研究各关节输入力矩 (力)和臂架输出运动之间的关系， 可以为臂架的运动控制提供运动参数。本文利用拉格朗日一欧拉法建立臂架 的动力学模型，给出了臂架动力学的显式状态方程，可用来分析和设计关节 变量的空间控制策略。丫 2.泵车臂架控制系统的设计 峥文对具有代表性的SY5290TH“型混凝土泵车的遥控控制系统进行了 改造，在保持系统原有的手动遥控控制功能的基础上，通过对遥控器进行改 造将其变为具有手动/自动控制两种工作方式。 为了实现泵车的自动浇注，本文对臂架折叠机构设计了一套采用两片单 片机为控制核心的控制系统，其中一片用来作规划算法，另一片用来控制输 入和输出。两片单片机之间可以利用共享数据存储器进行数据交换，利用仲 裁电路来解决两单片机访问共享存储器的冲突问题。另外，本文还对整个控 制系统的硬件进行了设计和选择，并使用Protel软件设计了整个臂架控制系 东北大学硕士学位论文 摘要 统的电路原理图，为实现泵车臂架的自动浇注提供了必要的准备工作。) 3.对遥控控制系统进行实践 设计了一套具有几个动作的遥控控制系统，利用Protel软件设计了其电 路原理图，并最终做成实际的电路板和相应 证了遥控控制系统的设计方法与工作原理。黔构“’做了良多‘实”’“ 本文有关运动学和动力学的研究为泵车自动浇注的实现提供了理论依 据;有关控制系统的设计为现代泵车的智能化研究、产品改进和升级换代开 辟了新的途径。 关键词 运动学 动力学 混凝土泵车 臂架 单片机 共享存储器 遥控 甘了 冲’ 、/ ， ，2 粉 厂 东北大学硕士学位论文 ABSTRAC丁 StudiesonMovementandControlof ConcretePumpTruckBoom Abstract Withthepaceofcityconstructionbecomingfasterandfaster,andthe commodityconcretebeingusedwidely,theconcretepumptruckhasbeen indispensableconstructionmachine.Itisverynecessarytostudythe auto-controlofitsworkingprocess.Workingprocessauto-controlcanimprove thequalityandefficiencyofwork.Inthepaper,usingsinglechipandtelecontrol technictorealizepumptruckauto-pourisbroughtforward.Thepumptr