对于双臂液压钻车的运动学分析及优化

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1、2014年5月机床与液压Mav20l4第42卷第9期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．42No．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．09．028双臂液压钻车的运动学分析及优化张付祥，孙书鹏-(河北科技大学机械工程学院，河北石家庄050018)摘要：为了实现双臂钻车的自动化打孔，对其进行运动学分析和优化计算。优化计算的目的是要找到液压钻臂各个关节的合适的角度位置，能够在钻车工作时实现确定的位姿。采用粒子群算法在MATLAB环境下计算并得出最优解，结果证明粒

2、子群算法能有效解决两臂钻车的运动学计算。为了方便操作和审核，建立了用户界面并生成了．exe文件，从而为钻车自动化打孔奠定了技术基础。关键词：双臂钻车；运动学；粒子群算法；MATLAB中图分类号：TH113文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014J9—101—4KinematicsAnalysisandOptimizationofaTwo-arulHydraulicDriUManipulatorZHANGFuxiang．SUNShupeng(CollegeofMechanicalEngineer

3、ing，HebeiUniversityofScienceandTechnology，ShijiazhuangHebei050018，China)Abstract：Inordertorealizedrillingholesautomaticallybyatwo—amldrillingmanipulator，itsdirectkinematicsanalysiswasdone．Theaimofoptimizationwastofindthefightpositionandorientationofthea／I

4、nbywhichtheycouldrealizethepositionandori—entationofthedrilldemandedonthedrillingwork．AnoptimizationprogramofthePSOalgorithmintheMATLABenvironmentwasde—velopedandtheoptimalcalculationwasdone．TheresultprovesthevalidityofthePSObasedalgorithmfortheinversekin

5、ematicsofthe2-atTldrillingmanipulator．Inordertofacilitatetheoperationandaudit，theuserinterfacewassetupand．exefilesweremade，SOastolayfoundationfordrillingholesautomatically．Keywords：2-arfndrillingmanipulator；Kinematics；Particleswallrloptimization(PSO)；MATL

6、AB在发达国家，钻孔作业都早已完成了手工打孔向步的研究显得尤为重要。在此主要对钻车的运动学方全面机械化打孔的过渡⋯。在我国，虽然钻车也在迅面进行简要分析，为实现钻车的自动化打孔奠定技术速发展，各式各样的钻车纷纷涌现，但是与国外的快基础。图I所示为某煤矿机械厂CMJ2-27全液压钻井速发展以及高质量、高精度的钻车钻孔相比，还是比钻车结构简图。较落后，主要是在质量、精度方面，因此对钻车进一l一履带总成2一底盘总成3一钻臂总成4一推进系统总成s-_钎具6"--动力系统7-电气系统8一液压系统组成图1CMJ2-2

7、7全液压钻车结构1运动学计算动。这里建立CMJ2-27全液压钻车双臂运动学坐标此部分计算的目的是求解钻车手部期望位姿对应系和用户坐标系，如图2所示。的关节变量，手部位姿为6个自由度，需要6轴联收稿日期：2013—03—06基金项目：石家庄市科技发展计划项目重大专项(11108171A一1)；河北科技大学杰出青年资助项目作者简介：张付祥(1973一)，男，博士，副教授，研究方向为机电控制与机器人技术。E—mail：zhangfx@hebust．edu．en。·1O2·机床与液压第42卷哦P．．．．．．．。。

8、．．．．0．．．．L0●用口．C．1●●●●●●●●●J图2CMJ2—27全液压钻车的坐标系考虑到研究的钻车为双臂操作，且两个机械结构参数完全一致。根据建立的坐标系确定钻车的D—H基本一致，而且两个机械臂D—H参数中的常量部分参数，如表1所示。表1液压钻车单臂各连杆D．H参数数00—000O00400Q00以]●●●●●●●●钻车机械臂坐标变换的矩阵A表达式为A=Rot(Z，Oi)Trans(0，0，d)Trans(a，0,0