水火弯板双机械臂的协调控制研究

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1、学校代码：10289分类号：U671.3密级：公开学号：132030032江苏科技大学硕士学位论文水火弯板双机械臂的协调控制研究研究生姓名赵显导师姓名李彦申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学专业领域控制理论与控制工程论文提交日期2016年4月25日研究方向船舶电气自动化论文答辩日期2016年6月7日答辩委员会主席朱志宇评阅人盲审盲审2016年6月7日分类号：U671.3密级：公开学号：132030032工学硕士学位论文水火弯板双机械臂的协调控制研究学生姓名赵显指导教师李彦江苏科技大学二零一六年六月ATh

2、esisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonCoordinatedControlofDualArmLineHeatingSubmittedbyNameZhaoXianSupervisedbyProfessorNameLiYanJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune，2016江苏科技大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导

3、师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得江苏科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：摘要摘要水火弯板（即线加热，LineHeating）是当前船体三维曲面加工中最为重要的一种成形工艺，也是影响现代船舶制造业快速发展的关键环节之一。由于水火弯板工艺机理复杂和经验依赖性强的特点，在实际生产中仍依赖熟练

4、工人手工操作完成。再加上水火弯板熟练工人培养困难、培养周期长等因素，水火弯板工艺正随着熟练工人的减少而面临缺失断代的危险。因此，水火弯板加工的自动化已是现代船舶制造业发展的当务之急。考虑到水火弯板工作任务的复杂性和工作环境的多变性，本课题选用适用范围广、协作能力强的双机械臂，并对双机械臂的运动学、双机械臂协调操作的轨迹规划、双机械臂协调操作的跟踪控制与仿真等问题进行了研究。首先研究和分析了双机械臂的运动学。根据水火弯板双机械臂的结构特点，建立了基于连杆坐标系的双机械臂运动学模型，并讨论了其正逆运动学问题。其中，

5、就双机械臂运动过程中可能出现的碰撞问题，采用建立约束条件的方法求取运动学逆解，从而解决双机械臂的碰撞问题。另外，对双机械臂的速度雅克比矩阵也进行了分析。其次，对双机械臂协调操作时的轨迹规划问题进行了研究。以机械臂关节的运动时间最短作为寻优目标，建立速度和加速度约束条件，再结合B样条插值法构造实际轨迹，最后利用具有多目标全局搜索特点的双种群遗传算法寻找出时间最优值。通过双种群遗传算法和B样条插值法相结合，得到了双机械臂协调操作过程的时间最优轨迹，同时保证了加工轨迹的平滑性。然后，研究了双机械臂协调操作时的跟踪控制

6、问题，采用拉格朗日方程对双机械臂协调操作的动力学进行了分析，建立了双机械臂的动力学模型，采用PID控制方法对双机械臂进行控制，并进行双机械臂协调操作仿真实验，验证该方法的可行性；为了更好的实现双机械臂的非线性控制，研究了模糊神经网络控制方法，并进行了相应控制器设计，仿真结果表明该方法有助于消除双机械臂协调操作时的相对误差，使系统达到了较为理想的控制效果。最后，在水火弯板双机械臂协调操作时轨迹规划和跟踪控制研究的基础上，对水火弯板双机械臂控制系统进行了软件设计。双机械臂的软件系统采用层次化结构和模块化设计，主要界

7、面有参数、校准、加工和测量等界面，为实际系统的建立提供了有力支撑。关键词水火弯板；双机械臂；协调操作；轨迹规划；B样条；模糊神经网络IAbstractAbstractLineheatingisthemostimportantformingprocessinthecurrentthree-dimensionalhullsurfacemachining,butalsotheimpactoneofthekeylinksofmodernshipbuildingindustryandtherapiddevelopment

8、.Becausethelineheatinghasfeaturesofthecomplexdeformationmechanismandtechnologyisstrong,intheactualproductiontheprocessstillrelyonskilledworkersdependontheexperiencetocompletemanually.Addonthetra