机器人液压机械臂运动性能分析与控制

叶增林; 张良安; 吴守鹏; 孙洒; 张丰丰

doi:10.15961/j.jsuese.202300379

工程科学与技术 ›› 2025, Vol. 57 ›› Issue (02) : 171 -179. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300379

机器人液压机械臂运动性能分析与控制

叶增林, 张良安, 吴守鹏, 孙洒, 张丰丰

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摘要

水管和气管等管道的接拆管作业是煤矿现场施工的必备环节，随着人们对安装质量、施工效率和安全性的要求越来越高，传统的人工作业难以满足施工要求。为此，本文基于人工操纵的液压机械臂开展运动性能分析及自动搬运控制研究并实现接拆管过程中的机器人自动搬运作业。首先，采用Denavit-Hartenbery(D-H)法建立了机器人的连杆坐标系，分析了机器人操作空间和关节空间的正逆运动学，并使用几何法建立了机器人关节空间和驱动空间的映射关系，给出了机器人的速度雅可比分析。然后基于上述分析结果，采用蒙特卡罗法在Matlab中绘制出了机器人在实际作业场景中常用姿态下的工作空间图像。为了验证所建立数学模型的正确性和提高样机实验的安全性，使用Matlab对所建立的数学模型编写程序，并对机械臂进行路径和轨迹规划设计，在SolidWorks Motion软件中对机器人的机构模型进行仿真分析；Matlab和SolidWorks Motion软件仿真结果一致，验证了机器人运动学模型和轨迹规划算法的正确性，且机器人机构运动仿真过程连续平滑。最后，搭建了机器人接拆管样机系统实验平台，并进行了架管自动搬运实验。实验结果表明：该机器人能够实现接拆管过程中自动搬运作业；搬运作业周期为12 s，与传统人工作业相比提高了作业效率；自动搬运过程连续平滑，解决了人工操作中反复调整机械臂引起的抖动问题。