反铲挖泥船反铲装置运动学建模与系统设计

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1、摘要摘要对于日益壮大的疏浚行业来说，反铲挖泥船有着不可替代的作用。反铲挖泥船特殊的反铲装置使它能胜任各种不同的挖深，并能在狭小的工作场所进行挖掘，而且在对硬质土层的挖掘上有相当的优越性，而与反铲挖泥船的重要性相对应的反铲挖泥船的自动化疏浚的研究，国内和国外的差距还是比较明显。为了追求疏浚的效率和挖掘过程的安全性，研究反铲装置的自动化控制就尤为重要了。反铲挖泥船的智能自动化主要体现在两个方面，一是健全的SCADA上位机系统，二是完善的下位机自动控制系统。本文通过对国内外反铲挖泥船发展和自动控制技术的研究现状，以中交疏浚技术重点实验室开放基金项目为依托，研究反铲挖泥船自动控制系统。针对反铲

2、装置基于现场总线和工业以太网的实时控制问题进行了系统的探讨与研究，其主要内容如下：针对反铲装置的机构特点和作业环境，运用坐标变换和基于角度补偿的D-H方法建立准确的反铲装置运动学模型，提出四种不同的空间运动学描述，并给出不同空间变量之间的相互转换的求解方法，最后给出路径规划中需要考虑的盲位盲角问题的求解方法。为了实现反铲装置自动控制，必须给出轨迹规划的方法，本文在分析现有轨迹规划方法和技术的基础上，给出了在关节空间实现基于时间准则的轨迹规划策略，根据B样条曲线拟合得到经过给定点的平滑曲线，满足导数的连续性的特点，以及遗传算法具有很好的全局寻优策略的特点，利用遗传算法与B样条曲线相结合的

3、技术，将给定关节角度间的时间最短作为寻优目标，以速度和加速度在允许范围内作为约束，寻找得到最优值。不仅得到了反铲装置工作过程平滑稳定的插值轨迹，也提高了工作效率。依据反铲挖泥船反铲装置的控制要求，从应用全船网络控制系统的角度出发，进行了反铲装置的硬件系统设计，给出了硬件平台的基础配置，建立了基于PLC现场网络的控制系统。解决了反铲挖泥船监控系统的数据采集和传输的问题。测试表明，在功能上基本满足了自动控制的要求。关键词反铲挖泥船；运动学模型；轨迹规划；PROFIBUS现场总线；PLCI江苏科技大学工学学位硕士论文-II-AbstractAbstractWiththegrowingdred

4、gingindustry,dipperdredgerplayanirreplaceablerole,dipperdredger’sspecialbackhoedevicemakeitcanbecompetentforallkindsofdifferentdepthexcavationandmininginthenarrowworkplace,andalsointhehardsoilexcavationhasconsiderableadvantages,andtheimportanceofdipperdredgercorrespondingdipperdredgerautomateddr

5、edgingresearchdomesticandforeignthegapisstillobvious.Inordertopursuethedredgingefficiencyandthesafetyofminingprocess,thestudyofthebackhoedeviceautomationofisparticularlyimportant.Dipperdredgerintelligentautomationismainlyembodiedintwoaspects,oneistheperfectSCADAhostcomputersystem,andanotherisimp

6、rovingtheslavecomputerautomaticcontrolsystem.Thisarticlebystudyingthecurrentsituationofthedomesticandinternationalbackhoedredgerdevelopmentandautomaticcontroltechnology,relyingonopenfundprojectofChinaTransportationDredgingKeyLaboratoryproject,researchsbackhoedredgerautomaticcontrolsystem.Focusin

7、gonthebackhoedevicebasedonfieldbusandindustrialEthernetreal-timecontrolproblem,thediscussionandtheresearchofthesystemwerepresentedinthispaper,itsmaincontentsareasfollows:Combiningthebackhoedevicestructureandworkcharacteristi