混凝土喷射机多关节臂架运动学建模与优化控制算法研究

本文深入探讨了大数据背景下，针对混凝土喷射机多关节臂架的运动学建模与控制算法的研究。混凝土喷射机作为一种在隧道、公路和煤矿等工程中广泛应用的施工设备，通过自动化的喷射速凝混凝土技术，显著提高了施工效率和质量，减轻了人工劳动强度。然而，当前大部分喷射机仅支持单关节控制，操作复杂且难以保证精细喷射质量。 研究的核心在于将喷射机臂架的控制转化为机器人学问题，首先构建了臂架的运动学模型。作者详细分析了臂架的液压驱动机制，通过简化处理，确定了驱动空间、关节空间和末端任务空间之间的运动学关系，为后续的运动设计和规划奠定了基础。 文章特别关注了臂架的七自由度运动，其中包含一个冗余自由度，这使得逆运动学求解变得复杂。作者设计了一种优化算法，结合梯度投影法，通过加权处理多个优化目标，既确保臂架运动的平滑性，又避免关节位移超出限制，实现了多目标优化控制。 进一步，作者针对梯度投影算法可能存在的迭代误差问题，进行了深入研究并提出了一种闭环控制策略，旨在减小算法实施过程中的精度偏差，从而提高臂架末端跟踪的准确性。 本文的贡献在于构建了喷射机臂架的运动学模型，设计了逆运动学算法，并改进了控制策略，为同类机械臂架的智能化控制提供了理论依据和实践参考。这些研究成果对于提升混凝土喷射机的自动化水平，尤其是在复杂施工环境下的精确作业具有重要意义。关键词包括喷射机、冗余自由度、梯度投影、多目标优化以及闭环控制，展示了这项研究在现代工业自动化领域的前沿性和实用性。