冯金光[1]2004年在《混凝土泵车臂架智能控制系统研究》文中研究指明为了改变混凝土泵车布料机构依靠手动操作带来的各种不便和困难,进一步实现混凝土泵车臂架控制系统的自动化和机器人化,本文对大型混凝土泵车臂架系统智能控制技术进行攻关,以出料口为控制目标,对所有臂架和转台同时进行智能连动控制,以实现出料口按指定的方向和速度运动。 为此,本文确立了以嵌入式和CANBUS总线技术为主导的分层分布式控制系统结构,并以此为基础设计了一个传感器信息采集控制器、一个多轴运动控制器和一个模式切换控制器,分别负责信息采集、伺服控制和切换输出工作,协调完成对臂架系统的智能控制。 同时,本文还以应用为主,重点对多轴运动控制器中的控制算法进行了较为深入的研究,从PID算法到模糊算法再到模糊PID算法,每一种算法都通过理论分析与现场实验相结合的方式进行验证,进而得到对控制系统最有效果的算法和参数。 通过多次现场实验证明,智能控制系统不论是在控制方式还是在控制效果上都比过去的手动控制系统有了明显的进步,不仅减少了手动控制方式带来的各种麻烦和不便,提高了系统的智能性和灵活性,而且臂架的运动更加平稳,控制精度更高,适应能力更强,稳定性和可靠性都大大提高,从而证明了我们提出的设计思想和设计方案是切实可行的。 本课题的胜利完成同时也为进一步的智能规划工作的顺利进行打下了坚实的基础。
王珊[2]2014年在《混凝土泵车臂架姿态控制及路径规划研究》文中提出机电一体化与机器人技术已成为高性能工程机械的发展方向,混凝土泵车作为现代建筑业有效的工具,其施工操作自动化已逐渐受到人们的重视。目前市场上出售的混凝土泵车。在操作过程中,操作人员通过肉眼来观察混凝土泵车臂架末端的位置,根据经验,通过控制手柄来逐一移动各个臂架,使得臂架末端能够到达预定的位置,同时要考虑避障。混凝土泵车在工作时,泵车就位、臂架打开和收回耗费时间也很长。因而这种人工操作方式,工作效率完全取决于操作人员的技术熟练程度,可变性较大,同时也增加了操作人员的劳动强度,所以研究混凝土泵车臂架系统的操作自动化是必要的[1]。本文以混凝土泵车臂架系统为研究对象,主要完成了以下工作:(1)研究和分析混凝土泵车的臂架系统的构成,利用机器人D‐H法理论,建立了混凝土泵车臂架系统的运动方程,得到混凝土泵车臂架系统的关节角与末端位置的正解;根据混凝土泵车的实际工作特点和要求,提出两种确立了反解的唯一性的方法并得到反解。利用matlab软件拟合出混凝土泵车臂架末端位置和底座旋转角度、液压油缸的伸长长度之间的关系式。(2)利用图解法求得混凝土泵车的臂架的可达工作空间,进而利用分层划分法和旋转角度划分法,对混凝土泵车臂架的可达工作空间进行划分,并求得相应的数据点;根据所有数据点,建立混凝土泵车臂架末端位置和相应驱动油缸位移的数据库,并完成对数据库的存储,研究确定了数据库查询和调用方式和方法。(3)对混凝土泵车臂架的路径进行规划。其中,完成了混凝土泵车臂架的打开和收回自动控制策略,完成了泵车臂架初始工作就位路径规划,完成了混凝土泵车臂架系统的智能浇注路径规划控制策略的研究。(4)根据混凝土泵车的实际工作情况和要求,设计了据混凝土泵车的实际工作情况和要求,完成了混凝土泵车臂架智能浇注系统的构成和相应智能控制器的设计方案,阐述智能浇注的控制过程和方法。最后,对全文所做的工作进行总结,针对现阶段工作的不足,确定今后研究工作的内容和重心,并对未来进一步的研究和实践提出展望和设想。
俞志鹏[3]2018年在《混凝土泵车臂架末端轨迹控制研究》文中研究表明随着机械智能化的发展,今后混凝土泵车也将趋于智能化,旨在实现泵车的自动布料,有利于节省人工成本,降低人工强度以及减少混凝土浪费。泵车臂架末端轨迹的控制是实现泵车自动布料的一个重要环节。因此需要对臂架末端轨迹科学合理的控制,提高其浇注精度。为便于泵车臂架末端轨迹控制的研究,将泵车臂架考虑为刚性臂架,基于遍历优化算法的泵车臂架末端轨迹控制方案进行设计,控制程序易编写,初步实现泵车臂架末端轨迹的精确控制。为了合理地控制泵车臂架末端运动轨迹,以臂架在控制过程中的运动平稳,减小冲击为优化目标,应用基于遍历梯度投影算法的控制方案对臂架末端轨迹控制进行优化,在理论上进行分析,证明了优化的控制方案能达到臂架控制过程中的优化目标,该种控制方案为实现泵车自动布料提供了理论支撑。为验证优化的控制方案对泵车臂架末端轨迹控制具有可行性及通用性,以泵车臂架系统为原型,利用“以电代液”的思想,设计制作一套臂架末端轨迹控制实验系统,对其进行实测验证,结果表明该种控制方案对混凝土泵车自动布料是可行的,研究结果具有一定的参考价值。
邱艳峰[4]2011年在《智能化混凝土泵车臂架电液操控技术的开发研究》文中研究表明混凝土泵车作为工程机械的一种主要机型广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等机械化施工过程中。据统计,工程施工中约有60%以上的混凝土浇筑任务是由混凝土泵车来完成的。因此,为节省劳动力、减轻体力劳动、提高劳动生产率、加快建设速度,保证工程质量和降低成本,采用机械化施工是根本的措施。随着经济建设的飞速发展对机械化施工的要求也越来越高。目前条件下,混凝土泵车的使用主要由人工操作来完成,操作者主要是通过遥控器来操控泵车各种液压执行元件的动作,受熟练程度的影响,操作者的操作水平会直接影响浇筑的精度,加之长时间的重复操作又容易引起疲劳,从而进一步影响到浇筑精度进而使工作效率降低。因此,为了提高浇筑效率、改善工作环境以及减轻操作者劳动强度,自动浇筑作业已成为国内外研究的热点。通常浇筑作业环境比较复杂、恶劣,特别是在进行特殊浇筑作业和在周围建筑物较多、浇筑现场狭小时,基于安全和浇筑质量考虑实现智能化自动浇筑作业显得十分必要。本文首先在对混凝土泵车臂架系统的运动学进行分析研究的基础上结合实际浇筑工况和操作过程,利用机器人原理对混凝土泵车臂架系统进行轨迹规划分析和反解算法的设计,提出针对不同浇筑工况下泵车臂架系统的轨迹规划方法。在此基础上提出能够适应多种浇筑工况下完成自动浇筑任务的智能化泵车臂架电液操控技术的总体实施方案,并设计了用于控制泵车臂架完成自动浇注的控制程序。根据轨迹规划结果和反解算法的设计,利用MATLAB通过反解程序求解出不同工况下臂架系统的关节变量,并将反解结果利用智能臂架控制程序应用于泵车的智能化操控实验中来对其进行验证。实验结果验证了反解算法和轨迹规划的正确性和可行性,为今后混凝土泵车智能化操控技术的工业化应用奠定了基础。
吴泽[5]2014年在《混凝土泵车臂架位置控制系统设计与研究》文中提出随着建筑业的迅猛发展,工程机械的需求量不断增加,智能化的施工机械不断出现。混凝土泵车作为必不可少的施工机械,加强泵车布料机构的准确性和可操作性是必要的,所以泵车臂架控制系统近年来成为研究热点。本文首先对臂架的运动学进行分析,得到臂架的正向运动学和逆向运动学方程,建立臂架运动学数学模型。根据泵车臂架运动控制的要求,设计液压控制系统,建立液压系统的数学模型。对泵车臂架控制系统的硬件及软件进行了设计,系统使用嵌入式结构设计,将控制系统分为可移动控制器和泵车内控制系统进行设计,通过无线传输控制命令及状态信息,使用CAN总线进行传感器数据采集,完成了系统的硬件及软件设计。根据系统数学模型,使用MATLAB/Simulink对液压系统进行仿真,通过使用分段控制器和PI控制器的两种控制系统进行仿真对比。通过对使用不同控制算法的系统仿真响应曲线对比得出结论,使用PI控制器的系统能够防止臂架运动过程中产生震动,并能够快速准确的达到指定位置。
余金华[6]2014年在《混凝土泵车臂架振动研究》文中提出在现代化建设的过程中，随着工程建设的不断开展，混凝土泵车发挥着越来越重要的作用。混凝土沿着泵车臂架系统的布料管输送到指定的浇注位置,泵车臂架系统的智能控制是实现快速准确浇注的关键；在泵送时由于液压冲击和混凝土不连续流动,臂架会出现低频振动,使得臂架末端软管无法准确定位，而且会加速臂架系统的疲劳破坏。本文以混凝土泵车的臂架系统为研究对象,通过对混凝土泵车布料软管状态和工作过程的分析设计出了一种能准确检测混凝土泵车布料软管状态的传感器系统，以便智能臂架控制系统计算浇灌点的移动方向及移动速度，为臂架系统的调节控制提供依据。对于臂架的低频振动,使用某仿真软件对泵车的臂架机构和臂架液压系统建模仿真,对臂架末端施加扰动,仿真臂架的振动,使用主动减震的方法,通过控制臂架的液压缸来抑制臂架末端的振动,使用PID控制分别对臂架叁臂液压缸和四臂液压缸进行控制,对仿真控制效果进行分析。通过对仿真结果的分析和研究,PID控制叁臂液压缸和四臂液压缸都有很好的效果。本课题所做的工作对混凝土泵车臂架系统的智能控制进一步完善和臂架末端振动的抑制研究有一定的指导意义。
邱艳峰, 于立娟, 刘荣升, 高英杰[7]2010年在《智能化泵车臂架电液操控技术的开发与研究》文中研究说明混凝土泵车臂架系统是一组具有多冗余度的机构,利用人工进行操作时很难实现自动连续浇筑。利用机器人技术、虚拟障碍技术、插补算法等规划混凝土泵车自动浇筑时各臂架的运动轨迹,利用电液比例控制系统进行智能化控制。对混凝土泵车自动浇筑过程进行运动学和动力学仿真,对各臂架电液控制系统进行建模分析及优化设计。动力系统的联合仿真结果表明,泵车的浇筑口能够很好地沿着根据虚拟浇筑环境自动规划的浇筑轨迹进行浇筑。
宁富立[8]2011年在《混凝土泵车臂架系统多工况有限元分析与动力学仿真研究》文中研究表明随着城市建设步伐的加快以及国家对基础设施建设投入的加大,混凝土泵车机动灵活、浇筑速度快等特点使其在建筑行业中的应用越来越广泛,已经成为建筑行业不可或缺的施工设备。臂架系统是混凝土泵车核心部件之一,通过对臂架系统静力学与动力学的研究,掌握其强度刚度的变化规律,指导臂架系统的设计与优化,对提高混凝土泵车产品性能有很好的促进作用。所以本文以混凝土泵车的臂架系统为研究对象,采用有限元分析与多体动力学仿真技术手段,对混凝土泵车臂架系统进行了系统的分析与研究。通过对已有的HB52型混凝土泵车臂架系统几何模型进行处理,得到部件的有限元模型,在建立有限元模型时选择合适的单元类型,输入正确的有限元信息。在部件模型建立完成后,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)进行模型组装,并选择合适的位置施加约束与载荷。在模型组装时,考虑不同展开角度下,连杆位置需要经过计算得到,本文以不同的连杆连接方式对连杆的铰点坐标进行计算,并编制ANSYS宏文件,方便程序调用。在臂架系统模型建立完成后,通过VB语言构造软件界面与框架,结合APDL语言与计算机批处理命令,编制混凝土泵车臂架系统多工况计算程序,即BOOM程序。运用BOOM程序可以进行自动调用ANSYS经典界面进行任意工况下臂架的有限元分析计算,或者调用批处理命令和ANSYS后台计算程序进行多工况的批量计算。有限元分析类型涉及到线性静力计算、非线性静力计算以及模态计算。应用BOOM程序对臂架系统进行线性与非线性静力计算,对计算结果进行对比分析,掌握各节臂在最大应力工况下的应力分布情况,了解各部件的应力集中区域和薄弱部位,为下一步臂架优化提供一定的参考。在静力计算之后,接着运用BOOM程序对臂架进行模态计算,通过计算得到臂架结构的固有频率与相应振型,分析危险工况时臂架结构的固有频率和振型,提出改进臂架振动的参考性建议。为了验证有限元计算结果的准确性,对臂架结构进行应力测试试验。在确定测试的目的与测试方案后,利用动态测试仪与电阻应变片组成的测试系统,对臂架进行应力应变测试。将测试结果与有限元计算结果进行对比分析,得到测试值与计算值的相对偏差与绝对偏差,经对比分析后,测试结果与计算结果相差不大,说明有限元计算的准确性。本文还运用动力学仿真软件ADAMS对混凝土泵车臂架系统进行动力学仿真研究。利用已有的臂架系统的叁维几何模型,通过ADAMS命令语言对各节臂模型进行组装,在各铰点及油缸处施加约束或驱动,建立臂架系统的多刚体模型,进行仿真求解,在后处理中输出各部件的运动曲线和铰点受力曲线。在多刚体仿真完成后,将刚性臂架进行柔性化处理,建立刚柔混合模型进行仿真分析。刚柔混合模型虽然能很好的模拟臂架的实际情况,但是其模型建立复杂,仿真过程耗费时间。综上所述,本文以有限元分析为基础,以多工况计算程序为平台,对混凝土泵车臂架进行系统的计算分析,并利用试验进行验证,为进一步臂架结构的设计与优化提供参考；对臂架系统进行动力学仿真研究,模拟臂架的实际运动过程,了解臂架运动和受力情况的变化规律。以上工作可以进一步指导产品的开发设计,达到提高产品性能的目的。
周淑文, 张国忠, 童新华[9]2004年在《混凝土泵车臂架智能控制系统开发》文中进行了进一步梳理泵车臂架系统是一组具有多冗余度的机构 ,采用常规方法很难实现精确、实时控制。本文采用插补算法 ,对泵车臂架智能控制系统进行了设计 ,并在叁维平台下对混凝土泵车自动浇注过程进行了仿真。仿真结果表明 ,浇注口能够很好地沿着用户所设定的路线进行浇注。
冯波[10]2012年在《混凝土泵车臂架系统的仿真分析》文中指出混凝土泵车是把混凝土泵送机构和用于布料的臂架系统整合集成在汽车底盘上的专用车辆。臂架系统是整个混凝土泵车的核心部分，是混凝土泵车设计研究中重点关注的结构部分。泵车工作环境恶劣，浇筑过程中臂架不停抖动，并且疲劳破坏和断裂现象时有发生，因此对整个臂架系统的技术提升成为了泵车研究中的一个关键问题。本文以混凝土泵车臂架系统为研究对象，以多体动力学、有限元法和参数化分析为理论基础，对泵车臂架系统进行了建模和运动学动力学分析，然后对臂架系统的油缸变幅机构铰点位置进行了优化计算，并对优化后的臂架系统模型进行了振动分析。主要内容如下：1.通过UG、ANSYS、ADAMS软件的综合应用，建立臂架系统的刚体模型和刚柔耦合模型，对各模型进行运动学动力学仿真分析和结果比较，说明采用刚柔耦合模型能提高仿真精度。2.将刚柔耦合模型与虚拟样机参数化分析相结合的方法对油缸各铰点位置进行优化设计，找到对油缸变幅机构受力影响较大铰接点，并对铰接点坐标进行了优化组合，减小油缸工作压力的最大值，然后对优化后的臂架系统进行了强度分析。3.对优化后的刚柔耦合臂架系统进行振动分析，得到臂架的各阶固有频率、振型和各测点的位移频率响应曲线，表明优化后的泵车臂架的各阶次固有频率都大于激振频率，且固有频率比优化前更加远离激振频率，臂架系统不会发生共振。
参考文献：
[1]. 混凝土泵车臂架智能控制系统研究[D]. 冯金光. 国防科学技术大学. 2004
[2]. 混凝土泵车臂架姿态控制及路径规划研究[D]. 王珊. 沈阳建筑大学. 2014
[3]. 混凝土泵车臂架末端轨迹控制研究[D]. 俞志鹏. 武汉科技大学. 2018
[4]. 智能化混凝土泵车臂架电液操控技术的开发研究[D]. 邱艳峰. 燕山大学. 2011
[5]. 混凝土泵车臂架位置控制系统设计与研究[D]. 吴泽. 中南大学. 2014
[6]. 混凝土泵车臂架振动研究[D]. 余金华. 武汉科技大学. 2014
[7]. 智能化泵车臂架电液操控技术的开发与研究[J]. 邱艳峰, 于立娟, 刘荣升, 高英杰. 机床与液压. 2010
[8]. 混凝土泵车臂架系统多工况有限元分析与动力学仿真研究[D]. 宁富立. 吉林大学. 2011
[9]. 混凝土泵车臂架智能控制系统开发[J]. 周淑文, 张国忠, 童新华. 建筑机械. 2004
[10]. 混凝土泵车臂架系统的仿真分析[D]. 冯波. 长沙理工大学. 2012