双悬臂截割机器人相对动力学建模与力位混合控制研究
刘鹏1
周昊晨2
马宏伟2
曹现刚2
张旭辉2
段学超3
毛清华2
田海波2
薛旭升2
王川伟2
1.西安科技大学机械工程学院,陕西 西安 710054;陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室,陕西 西安 710054;西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室,陕西 西安 7100002.西安科技大学机械工程学院,陕西 西安 710054;陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室,陕西 西安 7100543.西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室,陕西 西安 710000
摘要：双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能.现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求.针对该问题,设计了一种基于机器人相对动力学模型的力位混合控制系统.建立双悬臂截割机器人运动学和动力学模型,基于机器人的相对雅可比矩阵及虚位移与虚功原理推导出机器人的相对动力学模型,通过单一变量同时描述机器人双臂的运动状态,将机器人双臂独立的动力学模型整合为一个整体.基于机器人的相对动力学模型,设计了机器人双臂力位混合控制系统,通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性和可行性.仿真结果表明:双悬臂截割工艺较单悬臂截割拥有更大的工作空间,具有一次性实现大断面截割的能力;双悬臂截割机器人力位混合控制系统能够完成对期望相对位置和期望相对力的同步跟踪,对截割头期望位置跟踪的绝对误差在0.313 2 m以内,均方根误差为0.144 7 m.
关键词：巷道掘进双悬臂截割机器人力位混合控制相对动力学相对雅可比矩阵
分类号：TD632(矿山电工)
资助基金：陕西省教育厅服务地方专项项目(23JC053)陕西省自然科学基础研究计划面上项目(S2024-JC-YB-2526)
论文发表日期：2024-10-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 80-89 )
英文信息