针对液压重载机械臂的动态倾覆稳定性问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法的路径规划方法。与只对危险工况的静态稳定性校核不同,该算法以机械臂运动过程中的动态倾覆稳定性最优为目标,在机械臂的关节空间内进行路径规划。以7个关节变量组成的七维数组作为采样点,结合正运动学与力矩法建立机械臂的动态倾覆稳定性计算模型,利用双采样点择优原则,选择其在对应位姿下抗倾覆稳定力矩最优的随机点作为采样点,以增强算法的启发性。在Matlab平台进行的仿真实验表明,改进RRT算法规划路径的倾覆裕度在3种典型工况下分别提升了37%、28%和38%,有效地改善了液压重载机械臂作业平台的抗倾覆稳定性。

液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整体复杂结构的有限元模型及其预应力刚化模态频率的代理模型,以多个工况试验模态分析结果为目标,基于全局优化算法实现了整体结构的模型修正。对试验修正后的模型开展了应变响应预测,验证了模型的预测能力。研究结果表明,所提方法不仅提高了模型复现修正响应的能力,而且能够准确预测未修正的响应,从而验证了方法的可行性,为重载机械臂的自动控制和优化设计提供了精确动力学模型。

针对液压重载机械臂刚-柔耦合特性对机构设计带来的巨大挑战,采用动力学分析对机械臂进行了仿真,并提取了关节载荷谱。在综合考虑关节轴圆角、台阶位置、台阶结构等多种因素影响的基础上,完成了平摆关节的结构非线性分析和优化设计,有效提升了关节强度和安全系数。经现场应用验证,关节优化后的液压重载机械臂在额定负载下运行良好,满足了实际作业需求。

为了满足液压重载机械臂连续运动时所需的流量,降低无效功率的损耗,研究双泵并联EHA-VS控制系统的特性.基于AMESim平台,建立系统仿真模型,通过对斜盘式轴向柱塞泵的仿真分析,得出流量和电机转速的关系.完成系统整体参数的设定,预设预期流量值进行仿真,运用PID控制器对参数进行调整.采用永磁同步电机(PMSM),根据流量需求实时调整电机转速,提高响应效率.仿真分析表明:使用调节伺服电机转速从而控制系统流量的方法,可以较精准的对流量进行实时调控.研究结果可对双泵并联EHA-VSVP系统的研究提供一定的理论依据.