悬臂式破碎装置的运动学求解方法制造方法及图纸

一种悬臂式破碎装置的运动学求解方法，包括根据获取的

【技术实现步骤摘要】
悬臂式破碎装置的运动学求解方法


[0001]本专利技术涉及煤矿开采和机器人
，特别涉及一种悬臂式破碎装置的运动学求解方法
。

技术介绍

[0002]悬臂式破碎装置以能够灵活和高效地对大块煤以及矸石进行破碎的优势，在机械化采煤领域中获得了广泛的应用
。
悬臂式破碎装置在进行采煤过程中，控制系统能够接收用户的操作，并通过控制液压缸的伸缩量对悬臂式破碎装置的底座
、
动臂
、
斗杆和末端执行器等部分进行控制，进而对悬臂式破碎装置的运动进行控制
。
[0003]然而，目前在对悬臂式破碎装置进行控制时，是分别对悬臂式破碎装置机器人的底座
、
动臂
、
斗杆和末端执行器进行单独控制，即在控制悬臂式破碎装置机器人的末端执行器运动到工作位置时，需要依次通过各自的液压缸控制动臂
、
斗杆和末端执行器进行运动，如此不仅运动效率较低，而且由于无法实现悬臂式破碎装置三臂联动的移动，导致悬臂式破碎装置的控制精度较低，运动不够灵活
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，针对以上不足，有必要提出一种悬臂式破碎装置的运动学求解方法，能够提高悬臂式破碎装置的控制精度和运动效率，并且能够使得悬臂式破碎装置运动更加灵活
。
[0005]本专利技术实施例提供了一种悬臂式破碎装置的运动学求解方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：获取悬臂式破碎装置的机械参数；其中，所述机械参数包括悬臂式破碎装置的三连杆机器人的
DH
参数，以及动臂
、
斗杆和末端执行器各部分的杆件长度；
[0007]步骤2：根据所述
DH
参数建立所述三连杆机器人的连杆坐标系和所述末端执行器的齐次变换矩阵，并基于该连杆坐标系和末端执行器的齐次变换矩阵得到用于对关节空间和位姿空间之间进行坐标转换的机器人转换方程组；
[0008]步骤3：根据所述动臂
、
斗杆和末端执行器各部分的杆件长度以及各部分的运动副的形式，分别建立对应动臂
、
斗杆和末端执行器各部分的连杆约束方程组；
[0009]步骤4：从所述动臂
、
斗杆和末端执行器的三个液压缸上的位移传感器读取悬臂式破碎装置的当前驱动空间坐标；
[0010]步骤5：利用所述机器人转换方程组
、
连杆约束方程组和所述当前驱动空间坐标，计算得到末端执行器的当前位姿空间坐标；
[0011]步骤6：获取用户在当前位姿空间坐标的基础上将悬臂式破碎装置的末端执行器移动到目标工作位置后所生成的目标位姿空间坐标；
[0012]步骤7：利用所述机器人转换方程组
、
连杆约束方程组
、
所述当前位姿空间坐标和所述目标位姿空间坐标，对悬臂式破碎装置的液压缸的目标驱动空间坐标进行求解
。
[0013]优选的，所述步骤2具体包括：
[0014]定义关节空间坐标为
(
θ1,
θ2,
θ3)
，末端执行器的位姿空间坐标为
(x,y,
ξ
)
；其中，
θ1,
θ2,
θ3分别为悬臂式破碎装置的动臂
、
斗杆和末端执行器的相对转角，
x
为末端执行器在基坐标系下的
x
方向位移，
y
为末端执行器在基坐标系下
y
方向的位移，
ξ
为末端执行器与基坐标系
Z
轴的相对转角；
[0015]根据机器人运动学理论，将连杆坐标系
i
中的
p
i
点的坐标表示为连杆坐标系
i
‑1中的坐标，得到在基坐标系下的末端执行器的坐标
p0如下式：
[0016][0017]其中，为如下式的三连杆机器人的齐次变换矩阵：
[0018][0019]则，基于式
(1)
和
(2)
即可得到如下悬臂式破碎装置的关节空间和位姿空间之间进行坐标转换的机器人转换方程组：
[0020][0021]其中，
a0,a1,a2,a3分别为
DH
参数中的各连杆长度
。
[0022]优选的，所述步骤3中对应动臂部分的连杆约束方程组的建立包括：
[0023]定义构成动臂部分的杆件分别为0‑
1、0
‑
2、0
‑3和0‑4，
l0‑1、l0‑2、l0‑3和
l0‑4分别为对应部分杆件的长度，以0‑1和0‑2杆件的相交位置为坐标原点，
x
轴沿0‑2方向建立坐标坐标系
O0；
[0024]则，对应动臂部分的连杆约束方程组如下：
[0025][0026]其中，
(x2,y2)
为滑块机架在
O0坐标系下的坐标，
(x0‑3,y0‑3)
，
(x0‑4,y0‑4)
分别为连杆0‑3和连杆0‑4的首端坐标，和分别为连杆0‑
3、
连杆0‑4以及液压缸在
O0坐标系下的转动角度
。
[0027]优选的，所述步骤3中对应斗杆部分的连杆约束方程组的建立包括：
[0028]定义构成斗杆部分的杆件分别为1‑
0、1
‑
1、1
‑2和1‑3，
l1‑0、l1‑1、l1‑2、
和
l1‑3分别为
对应部分杆件的长度；以1‑0和1‑1杆件相交的位置为坐标原点，
x
轴沿1‑1方向建立坐标系
O1；
[0029]则，对应斗杆部分的连杆约束方程组如下：
[0030][0031]其中，
(x5,y5)
为滑块机架在
O1坐标系下的坐标，
(x1‑2,y1‑2)、(x1‑3,y1‑3)
分别为连杆1‑2和连杆1‑3的首端坐标，和分别为连杆1‑
2、
连杆1‑3以及液压缸在
O1坐标系下的转动角度
。
[0032]优选的，所述步骤3中对应末端执行器部分的连杆约束方程组的建立包括：
[0033]定义构成末端执行器部分的杆件分别为2‑
0、2
‑
1、2
‑
2、2
‑
3、3、3
‑
0、3
‑1，
l2‑0、l2‑1、l2‑2、l2‑3、l3、l3‑0和
l3‑1分别为对应部分杆件的长度；以2‑0和2‑3杆件相交的位置为坐标原点，
x
轴沿2‑0方向建立坐标系
O2；
[0034]则，对应末端执行器部分的连杆约束方程组如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
中对应动臂部分的连杆约束方程组的建立包括：定义构成动臂部分的杆件分别为0‑
1、0
‑
2、0
‑3和0‑4，
l0‑1、l0‑2、l0‑3和
l0‑4分别为对应部分杆件的长度，以0‑1和0‑2杆件的相交位置为坐标原点，
x
轴沿0‑2方向建立坐标坐标系
O0；则，对应动臂部分的连杆约束方程组如下：其中，
(x2,y2)
为滑块机架在
O0坐标系下的坐标，
(x0‑3,y0‑3)
，
(x0‑4,y0‑4)
分别为连杆0‑3和连杆0‑4的首端坐标，和分别为连杆0‑
3、
连杆0‑4以及液压缸在
O0坐标系下的转动角度
。4.
根据权利要求2所述的悬臂式破碎装置的运动学求解方法，其特征在于，所述步骤3中对应斗杆部分的连杆约束方程组的建立包括：定义构成斗杆部分的杆件分别为1‑
0、1
‑
1、1
‑2和1‑3，
l1‑0、l1‑1、l1‑2、
和
l1‑3分别为对应部分杆件的长度；以1‑0和1‑1杆件相交的位置为坐标原点，
x
轴沿1‑1方向建立坐标系
O1；则，对应斗杆部分的连杆约束方程组如下：其中，
(x5,y5)
为滑块机架在
O1坐标系下的坐标，
(x1‑2,y1‑2)、(x1‑3,y1‑3)
分别为连杆1‑2和连杆1‑3的首端坐标，和分别为连杆1‑
2、
连杆1‑3以及液压缸在
O1坐标系下的转动角度
。5.
根据权利要求2所述的悬臂式破碎装置的运动学求解方法，其特征在于，所述步骤3中对应末端执行器部分的连杆约束方程组的建立包括：定义构成末端执行器部分的杆件分别为2‑
0、2
‑
1、2
‑
2、2
‑
3、3、3
‑
0、3
‑1，
l2‑0、l2‑1、l2‑2、l2‑3、l3、l3‑0和
l3‑1分别为对应部分杆件的长度；以2‑0和2‑3杆件相交的位置为坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳鹏，沈丰，王盼，苏醒，高武孝，刘宏飞，
申请(专利权)人：宁夏天地奔牛实业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：