基于并联结构的煤矿救灾机器人动力学研究

杜梓楠

摘 要：当前救援智能化装置已经充当了我国各类灾害处置过程中的关键性操作器具，然而绝大部分救援智能化装备依然要借助于人工化操控。目前科研团队推出了同时兼顾着运载性智能设备及探查智能型装备两种功能的煤炭矿山灾害救援智能化操控系统，其根本宗旨在于可同时发挥出救援装备的自助导向及智能管控效能。文章针对于煤炭探查智能装备在煤田井下灾害现场顺变情形下的状态管控及局部程序设定展开了深入的探讨。系统阐释了矿山智能装备的技术专长及并联模式的特征，研究了并联式智能装备操作时动力学布局，分析了立足于并联模式的煤田救灾智能装备的动力学属性，指明了日后的具体发展前景。

关键词：并联布局：煤田救灾：智能化装备;动力学特征

引言

当今时期，并联式矿山救援智能化装备已经成为智能控制学及结构学体系中的焦点话题，然而轻质型的并联智能装备在快捷、高负载的运作状态下，每一个器件的弹性化形态改变均会引发智能机器人在实际运动过程中产生一定的偏差及弹式波动，故此，现实应当构建出并联化智能装备的动力学布局形态且给出弹性化动力式结构分析，以便实现所期盼的运动路径并且能够切实地管控好弹性波动程度等.

1、并联结构的煤矿救灾机器人动力学研究进展

为了让并联型矿山智能装备可以达到高效化运作，其动作平台一定要具备足够的刚性，而实际上其结构中的每一个杆件都是属于柔性化的杆件，因此，并联型矿山智能装备从根本上来都是属于复合环、柔性体和刚性结构相融合的非线型动力学功能体系，其中的动力学分析模型远远比刚型并联智能装备及柔式串联化智能装备繁杂的多。学者Kang先生等编制出了一种可满足于运动状态管控的平面柔式并联职能机构的动力学运算模型，然而其模型结构相对简单，精度水平欠佳.专家Fattah先生等借助于自动正交补方式拟建出了一款约束型运算模式，构建出了一款三维式并联操控智能装备的有限元方程，探析了机件弹性元素对于动力学平台分析精度的具体影响作用。

2、机器人系统运动模式分析

针对并联化智能装备建立运算模型中的核心问题是要依据刚构、柔性耦合的技术特征，拟建出相应的运动规则要求及动力规则系数，排除各个杆体与动力平台之间的配置关系.因为现场构建空间柔体并联智能化装备的动力型运算模型难度较大，本人由平面化柔体并联智能装备方面着眼，借助于运动弹力动力学原理，同时关注各个杆件之间的弹性变化及其具体的配置关系，拟建柔体并联智能装备的运动轨迹方案及动力控制系数，获取到了平面柔体并联化智能装备的运动动力学数学模型。

并联型智能操控机构的本体结构是属于一种多环式的操控机构，末位操控器设置在动态操作平台上，动态操作平台是由多条并联化的分体活动链和固定式机座紧密连结。依照并联智能装备的具体结构性特征，构建出了每一条支链型柔体的梁构数学模型及梁构单元的运动学轨迹方程，最终，构建出并联化智能装备机构的运动学轨迹方程。系统运动轨迹中各不同部位的方位偏差、位移偏差存在着一定的差距，故此，应当借助于某一确定位置的具体偏差来敲定操作部位，让智能装备能够更为圆满的完成好操控过程及相应的控制程序.依据前面实际模拟结果可以做出具体的判定，文章选取的运动动力学分析模式精度甚佳，可以具体的展现出平面柔体并联智能机构的属性特征，然而如果把它推展到空间柔体并联智能装备的动力学模型分析，那就一定要顾及到很多的与其密切关联着的各种因素：第一，因为空间型智能装备本身结构中所包含的各种构件比较繁多、整体机构运动程序及轨迹繁杂，其一会引发分析模型体量庞大，再者会引发运算模型中的各个数学矩阵、向量参数的构成繁杂，不方便进行数值运算;第二，还同时要密切关注到其中的各种弹性变化过程，比如扭曲、剪力等因素，有时尚应顾及到弹性变化的非线性规律，除此之外，各类弹性变量、弹性变化的配置关系亦可实现繁杂化;最末，获取到的代数～微分计算方程组绝大多数应归为刚性化求解方程，运算过程难度相对较大。

3、煤田救援智能装备动力学模型分析

移动式智能化装备的运动学数学模型及动力学计算模型是探求其有效控制手段的基本要素。立足于变化环境，移动式智能装备的活动构架日益趋向于繁杂化，由此立足于智能化装备的运动学运算模型或者动力学计算模型分析前提下的智能装备运动形态控制过程显得尤为关键。构建运动学计算模型的根本任务是首先要确定好智能装备本体各个机构之间的运动机构配合关系，以此给有效化的运动轨迹分析及完美控制创造出有力的条件。目前的有关移动化智能装备运动学模型构建比较典型性的方法包括两种：一种是基于速度矢量传递的方法，这种方法只需考虑相邻构件之间的运动关系，类似于牵连速度概念，各相邻运动构件之间进行速度传递，最终得到机器人本体的运动方程;另一种是基于矩阵变换的方法，基本思想在机器人各运动构件上建立局部坐标系，通过坐标系之间的齐次变换矩阵及矩阵微分来描述各运动部件与机器人本体之间的位姿和运动关系。为了进一步进行机器人稳定性分析，提高复杂地形下的控制性能，考虑机器人的力学模型是有必要的，Chakraborty 研究了轮式移动机器人在非平坦地形下的动力学建模。将一些文献中所用的牛顿——欧拉法或拉格朗日法等常规的动力学建模方法用于全地形移動机器人动力学建模时，推导过程比较复杂。

结语

综上，本文以柔性并联机器人为研究对象，提出了刚体、柔体混合的多闭环系统的动力学建模方法，该建模方法简单，物理意义明确，通用性强;并建立了平面柔性并联机器人的系统动力学方程，这对于分析动力学性能、减小运动误差、控制弹性振动、优化设计等后续研究工作都是非常有意义的。

参考文献：

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