导读:本文包含了凿岩机器人论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:广义预测控制,比例—积分—微分(PID),双模控制,自校正参数
凿岩机器人论文文献综述
黄开启,王雷坤[1]（2019）在《凿岩机器人钻臂GPC-PID双模控制》一文中研究指出为避免广义预测控制(GPC)起始阶段存在因所获信息少而对双叁角钻臂造成的控制不稳定,以及计算中因矩阵不可逆而造成的数值病态,提出以GPC和比例—积分—微分(PID)控制为基础的双模式自适应控制策略。根据广义预测PID算法得出在线更新的自校正参数,以此参数是否在规定范围内为依据判定采用PID控制模式或GPC模式。仿真结果表明:所提出的双模控制策略可以有效降低广义预测控制起始阶段的不稳定现象,提高运行中的跟踪效果,同时也能保证计算发生病态时钻臂控制的正常运行。(本文来源于《传感器与微系统》期刊2019年11期）
王雷坤[2]（2019）在《凿岩机器人钻臂运动轨迹控制研究》一文中研究指出凿岩机器人作为一种高度自动化的隧道施工设备,可以大幅度提升施工效率,提高钻孔精度,显着改善施工人员工作环境,目前已被广泛运用于钻爆法隧道开挖和矿山开采等领域。双叁角钻臂是一种能直接定位的机械钻臂,可以直接将钎头运动至工作面设定的位置,在提升定位效率的同时,其操作方便性也得到了提升。本文以具有双叁角钻臂的凿岩机器人为研究对象,开展了钻臂运动控制研究,其主要研究内容如下:钻臂运动中干涉的判别;钻臂执行端点与各个液压缸之间的关系推导;广义预测控制的改进研究。保证钻臂在自动化运行后不会发生干涉是整个凿岩钻臂安全运动的前提。避免干涉的发生,实际上就是避免钻臂的各个部分与自身及环境的最小距离大于零。将钻臂自身简化为杆件组成的模型,通过计算杆件与杆件、杆件与障碍物的最小距离便可由此判断是否发生干涉。凿岩机器人钻臂的运动依靠的是多个液压缸的共同作用,其中尤以左右支臂液压缸,左右俯仰液压缸和大臂液压缸的运行状态对钻臂的轨迹行进和最终定位影响最大。由于左右支臂液压缸和俯仰液压缸在油路设计上本身就考虑了支臂液压缸与俯仰液压缸的协调同步,保证钻臂轨迹能否按预定轨迹运行的关键便是推导出左右支臂液压缸与大臂液压缸的运动的协调关系。针对上述问题,通过引入虚拟支点的方法,将左右支臂液压缸的运动转化为单液压缸作用下的轨迹问题,在避免大量计算的同时保证了实际运动轨迹的精度。广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)是在广义最小方差控制的基础上,引入多步预测的思想,可以预测未来多步模型输出的一种自适应控制。由于采用了滚动优化和反馈校正,对时滞非线性和参数摄动等具有很强的克服能力,因此凿岩机器人钻臂控制中对双叁角钻臂两支臂缸的控制也采用了该方法。针对广义预测控制起始阶段控制效果不佳,以及因计算中存在求逆而导致的可能出现的计算病态问题,提出了一种双模控制方式,通过对自适应参数波动范围的限定,使控制器在广义预测控制模式和PID模式之间切换,上述方法在有效消除GPC起始阶段不稳定及控制中可能出现的控制效果不佳现象的同时,保证了计算发生病态时控制的正常进行,对整体的实际控制效果也有提升。(本文来源于《江西理工大学》期刊2019-05-25）
黄开启,叶涛,丁问司,陈荣华[3]（2018）在《凿岩机器人钻臂动力学参数分步理论辨识方法》一文中研究指出凿岩机器人钻臂具有多冗余自由度耦合关节,且结构尺寸庞大,难以准确获取其动力学参数。为此,提出一种分步理论辨识法辨识钻臂动力学参数。推导出钻臂的牛顿-欧拉方程,并建立其动力学模型,采用5阶傅立叶级数规划钻臂各关节运动的激励轨迹,将钻臂3维Pro/E模型导入ADAMS中,根据各关节在激励轨迹下的驱动力(或力矩),从推进器关节开始沿机身方向进行递推,对各关节的动力学参数进行分步辨识。仿真结果表明,分步理论辨识法具有较高的辨识精度,提高了钻臂末端(钎头)定位控制的精度和稳定性。(本文来源于《机械设计与研究》期刊2018年04期）
魏文彬[4]（2018）在《凿岩机器人钻孔自适应控制研究》一文中研究指出凿岩机器人广泛应用于钻爆法隧道开挖和矿山开采等工程施工,其液压凿岩机的控制性能直接关系到钻进速度和炮孔质量,影响工程效率和经济效益,是凿岩机器人领域重要的研究内容。本文以液压凿岩机-岩石为研究对象,针对液压凿岩机冲击动力学控制和推进力自适应控制方面开展了如下研究:冲击式钻孔动力学研究,基于布西涅斯克理论,分别建立岩石在楔形齿、球形齿冲击下的应力状态模型,采用Workbench软件对不同岩石在不同齿形冲击下的岩石破碎机理进行了仿真,揭示出不同岩石破碎与冲击应力之间的关系。利用波动力学分析了冲击应力与冲击速度和钻头反弹应力之间的关系,以不同岩石破碎需要的冲击能量为控制目标,根据液压凿岩机工作参数与结构参数之间的关系,分析了流量和外载荷对系统工作压力的影响规律,通过仿真获得了不同冲击速度时岩石应力分布状态和冲击过程中能量变化规律。凿岩机钎杆末端与岩石接触力阻抗控制研究,基于液压凿岩机回转负载与回转压力的对应关系,提出一种利用实时检测的回转压力进行计算接触力的方法,实现了复杂工况下凿岩机器人接触力的间接测量。利用获取的实际接触力对岩石刚度进行在线估计,分析了当前接触深度误差对稳态接触力控制的影响规律,采用Lyapunov稳定性理论在线估计当前接触深度,获得出接触力阻抗控制稳定性的接触深度误差边界,推导出控制器参数调整规律。液压凿岩机推进力自适应控制研究,分析了液压油的压缩性以及液压缸的非对称性对力控制精度和稳定的影响,提出一种活塞伸出或缩回状态时有效承载面积的加权平均法,并重新定义负载流量与负载压力,建立了零开口阀控非对称液压缸双向运动的数学模型,在AMEsim中建立了液压凿岩机动态仿真模型,通过仿真获得了不同工况下推进压力随回转压力的变化曲线,为凿岩机器人钻孔自适应控制提供了理论依据。(本文来源于《江西理工大学》期刊2018-05-18）
朱建新,罗南安,周烜亦,高静[5]（2018）在《凿岩机器人叁角钻臂的运动研究》一文中研究指出针对凿岩机器人叁角钻臂精确运动控制困难的问题,对叁角钻臂的机械结构进行了运动解耦分析。首先通过D-H坐标系法建立了多关节闭链钻臂的完备运动学方程,构建了叁角钻臂运动位置与支臂油缸长度的数学模型;随后基于叁角钻臂特定结构约束下的运动特点,利用空间几何解法,构建了相对简单的运动数学模型,同时在此基础下提出了叁角钻臂运动的一般控制流程;最后结合具体实例分析两种不同模型下的计算结果并与相同条件下的叁角钻臂叁维模型的测量结果进行了相互验证。研究结果表明:运动解耦分析所建立的运动数学模型正确性得到了验证,这可以为钻臂的精确定位控制打下基础。(本文来源于《机电工程》期刊2018年03期）
范子正[6]（2018）在《计算机控制凿岩台车(隧道凿岩机器人)简介》一文中研究指出计算机控制凿岩台车自研发成功后,在隧道钻进、岩层爆破等方面展现出了巨大的优势,其对断面形状的控制以及凿岩轨迹的规划大大减少了生产的成本,真正实现了节能、高效、可靠的工作。本文从多个技术层面详细分析了隧道凿岩机器人的结构和工作原理,对其中的核心控制技术进行了详细阐述。(本文来源于《中国设备工程》期刊2018年01期）
黄开启,魏文彬,陈荣华,丁问司[7]（2018）在《凿岩机器人钻臂定位误差补偿控制交叉精英反向粒子群优化算法》一文中研究指出为提高凿岩机器人钻臂末端(钎头)的定位精度,在利用粒子群优化(PSO)算法对关节变量误差进行补偿时,存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题,为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(CEOPSO)并给出算法流程。针对影响误差的两个主要因素,采用五参数D-H方法建立钻臂的参数误差模型,在形变关节后引入一个虚拟关节,推导出钻臂的形变误差模型。将交叉算子引入到EOPSO算法中,同时进行自适应惯性权重和交叉概率参数控制,不仅维持了粒子个体与最优解之间的信息交换,而且增加了粒子个体之间的信息交换。对比仿真结果表明,在误差补偿控制过程中,CEOPSO算法具有更优越的最优关节补偿值搜索收敛速度和求解稳定性,提高了凿岩机器人钻臂的定位控制性能。(本文来源于《机械科学与技术》期刊2018年07期）
黄开启,陈荣华,丁问司[8]（2017）在《凿岩机器人钻臂定位控制交叉精英反向粒子群算法》一文中研究指出在利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行凿岩机器人钻臂定位过程中,存在收敛速度慢和易于陷入局部最优解等问题.为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(crossover elite opposition-based particle swarm optimization,CEOPSO)并给出算法的流程.建立凿岩机器人钻臂运动学模型并对其逆向运动学进行求解.将交叉算子引入EOPSO中,采用自适应惯性权重和交叉概率参数控制技术,在维护粒子个体与最优解之间信息交换的基础上,增加粒子个体之间的信息交换,提高算法的全局搜索能力和钻臂定位效率.仿真结果表明,CEOPSO的平均位置误差和平均姿态误差均小于PSO和EOPSO算法,且迭代过程平稳,可以有效提高凿岩机器人钻臂的定位控制性能.(本文来源于《控制理论与应用》期刊2017年03期）
陈荣华[9]（2017）在《凿岩机器人钻臂定位控制研究》一文中研究指出钻爆法(钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法)是井下采矿和隧道开挖普遍采用的施工方法。凿岩机器人具有高度自主操作能力,能有效改善人工半机械化凿岩的作业环境、降低工人的劳动强度,提高开采效率。其钻臂的定位精度和速度直接关系到岩层的钻爆精度,影响炮孔工艺性、工程效率、矿石的贫化率及利用率,是凿岩机器人领域重要的研究课题之一。地下采矿巷道和施工隧道狭窄而曲折,为保障作业的灵活性、避障性和操作性能,凿岩机器人普遍采用冗余多自由度关节耦合钻臂,增加了其定位控制运动学逆解的复杂性和难度,同时,也降低了求解效率和定位精度。针对凿岩机器人钻臂定位控制运动学求解、动力学参数辨识和定位误差补偿方法等,本文开展的主要研究工作如下:基于D-H方法建立钻臂运动学模型,推导出钻臂执行机构末端相对机身的正向运动学方程。提出一种交叉精英反向粒子群优化(CEOPSO)算法搜索钻臂目标位姿逆解。将交叉算子引入精英反向粒子群优化算法中,在维护粒子个体与最优解之间信息交换的基础上,增加粒子个体之间的信息交换,采用自适应惯性权重和交叉概率参数控制技术,提高算法的搜索能力和钻臂定位效率。仿真结果表明,CEOPSO算法迭代过程平稳,提高了钻臂定位控制性能,具有较好的工程应用价值。钻臂结构庞大,动力学模型参数辨识困难且精度低。采用牛顿-欧拉法建立钻臂动力学模型。为减少辨识过程因关节运动产生的冲击震荡,基于傅立叶级数规划钻臂运动关节轨迹。在CAD辨识法基础上,采用理论辨识法对钻臂各关节动力学参数进行分步辨识,为钻臂动力学的准确建模提供精确参数。建立包含参数误差和形变误差的钻臂定位误差模型。设计了一种5参数D-H钻臂模型。采用迭加法求解大臂、推进梁和翻转机构关节的挠度变形。通过引入一个虚拟关节,简化形变误差计算模型。应用CEOPSO算法搜索钻臂的定位误差补偿值,仿真结果表明所提出的算法能有效提高钻臂定位精度。(本文来源于《江西理工大学》期刊2017-06-01）
胡家盈[10]（2016）在《隧道凿岩机器人钻臂关键技术研究》一文中研究指出随着我国高速铁路、公路、水利水电工程如火如荼的进行,将会面对大量的隧道开挖工程,针对施工过程中的凿岩精度、工作效率、施工安全、工作环境等要求也越来越高。隧道凿岩机器人作为隧道开挖中钻爆法的重要凿岩施工机械,可以大大改善炮眼钻凿的位置精度、提高凿岩速率、保障施工安全等问题。本文以国外某型隧道凿岩机器人的钻臂装置为主要研究对象,对其进行了系统分析和仿真研究。运动学分析。根据建立的钻臂叁维模型,运用Denavit-Hartenberg法,在每个关节上固结一个坐标系,根据机器人运动学的知识计算出各相邻杆件之间的坐标转换矩阵,再算出钻臂末端坐标系相对于基座标系的转换矩阵。然后在计算软件中编程出钻臂钎杆末端相对于基座标的坐标求解程序,运行程序后得到钻臂理想情况下的工作空间图。并对钻臂运动学逆解求解中的反变换法进行了探讨。静力学分析。在分析之前对钻臂的叁维模型进行了必要的简化,将简化模型导入有限元软件中求解静力学问题。针对六种工况进行具体分析,得到了钻臂在这六种工况下的应力云图、应变云图,验证了钻臂的静力强度。模态分析。得到了钻臂前十二阶的固有频率以及各阶模态下的变形情况。在第四阶和第五阶中钻臂的变形情况最严重,在实际工作过程中应尽量避免在此两阶频率中工作,以免产生共振现象,破坏钻臂的结构强度。最后在模态分析的基础上对钻臂进行谐响应分析,求解出叁种工况下钎杆端面和小臂上表面的幅频响应曲线,得到了钻臂发生共振的幅值、频率以及主振型等数据。为分析钻臂的动态特性以及优化设计提供了理论和数据支持。本文在对钻臂的研究中综合运用了各种建模、计算和分析软件,体现了现代设计方法的优越性,对隧道凿岩机器人的研究和优化设计等具有一定的参考意义。(本文来源于《西南交通大学》期刊2016-05-01）
凿岩机器人论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
凿岩机器人作为一种高度自动化的隧道施工设备,可以大幅度提升施工效率,提高钻孔精度,显着改善施工人员工作环境,目前已被广泛运用于钻爆法隧道开挖和矿山开采等领域。双叁角钻臂是一种能直接定位的机械钻臂,可以直接将钎头运动至工作面设定的位置,在提升定位效率的同时,其操作方便性也得到了提升。本文以具有双叁角钻臂的凿岩机器人为研究对象,开展了钻臂运动控制研究,其主要研究内容如下:钻臂运动中干涉的判别;钻臂执行端点与各个液压缸之间的关系推导;广义预测控制的改进研究。保证钻臂在自动化运行后不会发生干涉是整个凿岩钻臂安全运动的前提。避免干涉的发生,实际上就是避免钻臂的各个部分与自身及环境的最小距离大于零。将钻臂自身简化为杆件组成的模型,通过计算杆件与杆件、杆件与障碍物的最小距离便可由此判断是否发生干涉。凿岩机器人钻臂的运动依靠的是多个液压缸的共同作用,其中尤以左右支臂液压缸,左右俯仰液压缸和大臂液压缸的运行状态对钻臂的轨迹行进和最终定位影响最大。由于左右支臂液压缸和俯仰液压缸在油路设计上本身就考虑了支臂液压缸与俯仰液压缸的协调同步,保证钻臂轨迹能否按预定轨迹运行的关键便是推导出左右支臂液压缸与大臂液压缸的运动的协调关系。针对上述问题,通过引入虚拟支点的方法,将左右支臂液压缸的运动转化为单液压缸作用下的轨迹问题,在避免大量计算的同时保证了实际运动轨迹的精度。广义预测控制(Generalized Predictive Control,GPC)是在广义最小方差控制的基础上,引入多步预测的思想,可以预测未来多步模型输出的一种自适应控制。由于采用了滚动优化和反馈校正,对时滞非线性和参数摄动等具有很强的克服能力,因此凿岩机器人钻臂控制中对双叁角钻臂两支臂缸的控制也采用了该方法。针对广义预测控制起始阶段控制效果不佳,以及因计算中存在求逆而导致的可能出现的计算病态问题,提出了一种双模控制方式,通过对自适应参数波动范围的限定,使控制器在广义预测控制模式和PID模式之间切换,上述方法在有效消除GPC起始阶段不稳定及控制中可能出现的控制效果不佳现象的同时,保证了计算发生病态时控制的正常进行,对整体的实际控制效果也有提升。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
凿岩机器人论文参考文献
[1].黄开启,王雷坤.凿岩机器人钻臂GPC-PID双模控制[J].传感器与微系统.2019
[2].王雷坤.凿岩机器人钻臂运动轨迹控制研究[D].江西理工大学.2019
[3].黄开启,叶涛,丁问司,陈荣华.凿岩机器人钻臂动力学参数分步理论辨识方法[J].机械设计与研究.2018
[4].魏文彬.凿岩机器人钻孔自适应控制研究[D].江西理工大学.2018
[5].朱建新,罗南安,周烜亦,高静.凿岩机器人叁角钻臂的运动研究[J].机电工程.2018
[6].范子正.计算机控制凿岩台车(隧道凿岩机器人)简介[J].中国设备工程.2018
[7].黄开启,魏文彬,陈荣华,丁问司.凿岩机器人钻臂定位误差补偿控制交叉精英反向粒子群优化算法[J].机械科学与技术.2018
[8].黄开启,陈荣华,丁问司.凿岩机器人钻臂定位控制交叉精英反向粒子群算法[J].控制理论与应用.2017
[9].陈荣华.凿岩机器人钻臂定位控制研究[D].江西理工大学.2017
[10].胡家盈.隧道凿岩机器人钻臂关键技术研究[D].西南交通大学.2016
标签：广义预测控制; 比例—积分—微分(PID); 双模控制; 自校正参数;