某工程设备的机械臂主要由3个关节组成,利用液压油缸提供机械动力,来探究该机械臂动力装置的液压油量设计方法。通过理论计算求出工作装置的油缸内径、油缸单独运行时所需的油量以及回转机构运行时的油量需求,再根据理论计算的设计参数,运用AMEsim软件建立液压控制模型,在ADAMS软件中建立机械臂的运动模型。经过2种软件工具和模型的联合仿真,检验了液压控制系统的控制能力。结果显示上述系统能够在数秒内消除初始参数差异造成的控制偏差。

针对传统工程机械臂装配过程中存在的装配效率低、装配过程指标和产品特性无法得到全面反映等问题,在装配过程中引入数字孪生理念,研究基于数字孪生的工程机械臂装配过程建模与仿真技术。通过机械臂装配信息的提取处理,构建了数字孪生环境下装配工艺信息库,为机械臂虚拟装配模型构建奠定基础。通过虚拟空间与实体空间的实时数据交互,形成完整的装配数字孪生体空间。以某挖掘机机械臂的装配线为例,说明了基于数字孪生的装配仿真可实时监测装配过程并对其配置优化以提高装配效率,实现有效的闭环反馈机制。

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统。使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节值形成闭环从而获得关节速度给定值。通过比例液压系统驱动机械臂关节,进而控制位姿变化。推导了负载敏感比例阀控液压油缸传递函数、陀螺仪姿态解算方程并对机械臂进行逆运动学分析。使用MATLAB/Simulink建立基于关节速度控制的液压驱动机械臂位姿闭环控制仿真模型,进行仿真实验,结果验证了控制方法的可行性。

针对工程机械臂大功率驱动的特点，设计出一种基于高速开关阀先导控制插装阀的阀控缸电液位置控制系统。利用AMESim软件建立其液压系统模型，采用PID控制和基于5点开关思想的脉宽调制（PWM）策略，对工程机械臂液压位置控制进行仿真研究。结果表明，这种新型液压驱动系统具有较强的自适应性，位置跟随精度高，能够实现大流量的数字控制，驱动液压缸的工作流量可达215L／min，符合工程机械臂驱动控制的技术要求。