基于道路照明燈罩機械臂式末端清洗系統研究

錢亞偉

(長安大學工程機械學院，陜西 西安 710064)

0 引言

隨著路燈數量的快速增加，由于汽車尾氣和霧霾天氣等影響，大量路燈燈罩被污染物附著，影響照明效果。目前，對路燈燈罩的清洗作業主要依托高空作業平臺載人進行清洗，效率低下且存在安全隱患[1]。在路燈燈罩清潔系統研究中，宋淑敏[2]提出了一種基于旋轉式LED路燈清洗裝置，通過舉升托盤至接近路燈時，下拉拉環使托盤套在燈罩上進行清洗，并通過萬向輪移動微調。該裝置穩定性差，清洗效率低。Akifumi Shintaku[3]開發了使用空化噴射技術的高速隧道照明設備清潔車，并使用先進的駕駛員輔助系統提高安全性，但不能廣泛適用于路燈清洗作業。本文設計了一種安裝在高空舉升平臺上的機械臂式路燈燈罩末端清洗系統，可實現自動化清洗，并提高清潔效率。

1 末端清洗系統模型建立

1.1 結構設計

本文設計的搭載于高空舉升平臺上的機械臂式燈罩末端清洗裝置如圖1所示，末端清洗裝置主要由刷盤、電機、電機支座、四桿變幅機構、連桿、閥控液壓缸和轉臺等組成。機械臂式末端清洗裝置共有三自由度，轉臺回轉，連桿變幅和四桿變幅機構角度調節。

以圖1中路燈末端清洗機構為研究對象，通過機器人運動學方法分析臂架運動關系，采用改進D-H參數法求解，并建立路燈燈罩末端清洗裝置D-H坐標系如圖2。

圖1 燈罩末端清洗機構三維結構圖

在燈罩末端清洗機構參數中各變幅機構旋轉角度θi為變量，根據圖2建立機械臂連桿參數表如表1。

圖2 燈罩末端清洗機構D-H坐標系

表1 燈罩末端清洗機構連桿參數表

參數表定義如下：

3)紋理共享。紋理數據占模型存儲空間的絕大部分，并且也很大程度影響場景的顯示性能。在數字城市海量模型中，大量使用了重復的紋理數據，紋理共享避免了反復加載相同紋理的數據，減少了內存使用量，并提升了渲染壓力。

首先，父母應重視家庭教育對個體健康人格培養的作用。家庭環境的質量通常被認為是決定青少年行為的重要因素。弗洛伊德特別強調，一個人的性格是由幼年的經驗所決定的，精神分析學派認為家庭教育對人格的影響是潛移默化的，許多學生的問題，主要來自于他所身處的原生家庭，更確切地說，是家庭的問題引發了學生的心理或行為障礙。

αi—繞Xi軸，從Zi旋轉到Zi+1的角度，即連桿轉角；

pz=a2sθ2

θi—繞Zi軸，從Xi-1旋轉到Xi的角度，即關節角。

1.2 工作原理

清洗裝置的轉臺安裝在高空作業車舉升平臺支座上，當舉升平臺舉升至燈罩下方時，停止舉升并固定。轉臺內的液壓缸調節角度使刷盤在燈罩正下方；鉸接在轉臺上的液壓缸控制連桿變幅和刷盤與燈罩間接觸壓力，并通過鉸接在連桿上的液壓缸控制四桿變幅機構進行刷盤的姿態調節。路燈燈罩的位置參數已通過傳感器測得作為主控制器輸入，通過正逆運動學求解轉臺、連桿以及四桿機構的變幅角度，并通過電液比例閥控制液壓缸伸縮進行角度調節和接觸壓力控制，盤刷角度和接觸壓力由傾角和壓力傳感器檢測作為反饋信號。當刷盤和燈罩對準且清洗壓力達到要求后，啟動電機進行清洗作業。連桿和四桿變幅機構變幅角度為0～45°。燈罩清洗流程圖如圖3。

圖3 燈罩清洗流程圖

2 機械臂式清洗系統運動學分析

根據建立的機械臂式清洗系統D-H坐標系和連桿參數表，對各轉動關節進行正逆運動學求解。

2.1 正運動學求解

對機械臂式末端清洗機構刷盤位姿的求解即機械臂的運動學正解。由表1燈罩末端清洗機構連桿參數表，通過計算得到相鄰坐標系間變換公式[4]。

施工圖是市政建設施工的關鍵，包含的內容比較多，比如施工質量、施工成本投入、工程量、施工進度等，市政工程施工方案制定要采取公開招標形式，然后在所有的圖紙中進行篩選，選出幾個較為滿意的圖紙，召開施工圖審核大會，邀請專家、工程師、圖紙設計者參與，在大會上設計人員要進行技術交底，相關人員討論施工圖的可行性，同時還要綜合考慮施工進度、施工技術難度、施工成本等，然后選擇性價比最高的設計圖紙。另外，為了確保施工圖萬無一失，要將圖紙交給專業機構進行審核，確保圖紙中沒有任何錯誤，避免實際施工中頻繁出現圖紙更改，從而引發市政建設質量問題。

機械臂運動學變換矩陣為：

(5)

電液比例換向閥傳遞函數：

r11=cθ1(cθ2cθ3-sθ2sθ3)

r12=-cθ1(cθ2sθ3+sθ2cθ3)

r13=sθ1

r21=sθ1(cθ2cθ3-sθ2sθ3)

隨著物聯網技術的推廣以及智能電網概念的興起，國內外都在智能用電建設方面開展了大量的理論研究與實際探索，并逐漸對智能電網概念在用電側體現出的特征內涵和典型建設內容形成了共識；同時，國務院“三網融合”的開展對于促進信息和文化產業發展，提高國民經濟和社會信息化水平，滿足人民群眾日益多樣的生產、生活服務需求，拉動國內消費，形成新的經濟增長點，因此智能小區的建設具有重要意義。

隨著中國經濟與社會的高速發展，用電客戶對供電可靠性的要求不斷提高，大規模開展10 kV配電網不停電作業已成為供電公司實現客戶“用好電、不停電”目標不可或缺的手段之一。配電網不停電作業主要采用絕緣桿作業法、絕緣手套作業法兩種方式[1]。

r22=-sθ1(cθ2sθ3+sθ2sθ3)

工程管理效益的提高不僅在工程規范施工方面，同時對工程的合理化分配也起到一定的輔助作用，從而達到控制工程施工成本目的。現代工程建設對于建筑施工功能性要求較高，施工項目種類繁復，對施工流程的控制極為重要，是解決工程施工材料及資源浪費問題的重要根據。BIM技術應用能夠根據現有的施工條件對相關的施工內容進行準確判斷，并合理的規劃施工流程，以工程成本節約為基礎，選用時間最短、效率更高及質量更好的施工管理方案，從而在多個方面對工程施工的質量與成本問題進行解決。

r23=-cθ1

r31=sθ2cθ3+cθ2sθ3

r32=-sθ2sθ3+cθ2cθ3

r33=0

采用全收糞法。試驗選用60只成年公雞，隨機分成5組，每個處理組6個重復，每個重復2只雞。其中一組為內源組，其他4組分別為正對照組、負對照組、復合酶A組、復合酶B組。用試驗飼糧預飼3 d，然后連續收集4 d糞樣。糞樣收集后按每100 g鮮樣加10%硫酸5 ml、滴加5滴甲苯防腐，混勻并置于-20℃冰柜中保存，用于干物質代謝率、能量代謝率和粗蛋白質代謝率測定。

二是在資金績效評價環節，制定了《贛州市財政專項扶貧資金績效考評辦法》，圍繞資金規范管理、脫貧成效等方面，對統籌整合資金使用績效進行評價監督。2017年，贛州委托第三方機構對8個扶貧開發重點縣的統籌整合財政涉農扶貧資金實施了績效評價，并將評價結果作為市財政分配扶貧專項資金的重要依據。

聯立公式(5)、(6)，令兩邊對應矩陣元素相等，計算求得各轉動關節角度θi：

py=a2sθ1cθ2

di—沿Zi軸，從Xi-1移動到Xi的距離，即連桿偏距；

2.2 逆運動學求解

(6)

px=a2cθ1cθ2

θ2=arcsin2(pz，a2)

老師在家長群中擁有更多的權力，所以老師一發言，總有家長附和，甚至有一些所謂的“戲精”家長會在群里賣力地表演。在微信群的場域之中，時刻展開著身份、地位和話語權的博弈與角逐，與現實生活的場景相似。所不同的是，微信群里并沒有一套明晰、嚴格的秩序與規則，所以不確定因素以及顯得不那么靠譜的事兒也更多。

θ1=arctan2(py，px)

ai—沿Xi軸，從Zi移動到Zi+1的距離，即連桿長度；

3 電液控制系統仿真分析

當機械臂按計算角度變幅后，刷盤與路燈燈罩接觸，接觸壓力由鉸接在轉臺上的液壓缸產生，并通過電機支座上的壓力傳感器反饋到控制器與設定接觸壓力進行比較并作為反饋信號對系統輸入進行控制。

由于對任意i=1，2，...，10，j=1，2，3，4，y=1，有因此，令c=c+1，進一步計算與SD（DEy（0）D（0））（y=1，2，...，10）。經過288次迭代后，計算結果表9所示。

3.1 仿真模型

電液比例控制系統主要有放大器、電液比例換向閥、液壓缸、四桿變幅機構以及壓力和傾角傳感器等組成。

其中，

(7)

式中，Ksc—比例閥流量增益；ωs—比例閥固有頻率；ξs—比例閥阻尼比。

閥控缸活塞對閥芯位移的傳遞函數[5]：

(8)

式中，Kq—流量增益；Ap—負載流量等效面積；ωh—液壓固有頻率；ξh—液壓阻尼比。

系統的開環傳遞函數為：

學生在實驗時配置6種質量分數的殺蟲劑溶液：1.25%、2.5%、5%、10%、20%、40%。學生在實驗時配置4種質量分數的洗滌劑溶液：2.5%、5%、10%、20%。

(9)

式中，K—開環增益，K=KaKfKscKq/Ap。

對機械臂式路燈燈罩末端清洗機構建立MATLAB/Simulink仿真模型，如圖4所示。仿真模型對應參數取表2中數據。

傳統的節日和節俗歷史悠久，源遠流長，集中體現了中華傳統文化的核心價值，生動展示了中國人豐富多彩的精神世界，是民族特色和民族個性的具體反映。 同時，它們與民眾生活密切相連，深具活力和影響力，是活態的傳統文化表現形式，并在世代傳承中起到加強血緣和社會紐帶、促進團結與文化認同的作用。 它們記錄著中華民族數千年的歷史，凝聚了民眾的生活和情感，以全民參與的方式傳承文化血脈、提振民族精神、強化歷史記憶，具有深刻的意義和深遠的影響。 絢麗多彩的節日，是我國人民代代傳承的珍貴文化，也是世界文明的瑰寶。 它們照亮了五千年的歷史，也照耀著未來的天空。

表2 系統參數

圖4 燈罩末端清洗系統仿真模型

3.2 仿真結果分析

建立燈罩末端清洗系統仿真模型后，采用PID控制器對Simulink仿真模型進行分析[6]。轉臺液壓缸7將機械臂架調整到與燈罩同一平面內，液壓缸6控制連桿舉升和接觸壓力控制，液壓缸5控制四桿變幅機構完成刷盤姿態調節。液壓缸6控制接觸壓力，為提高末端清洗系統的動態品質，對比不同增益下系統性能，單位階躍響應下，仿真結果如圖5所示。在單位階躍信號輸入下，通過調整控制轉臺、連桿和四桿變幅機構的閥控缸PID控制器的Kp、Ki、Kd參數，對末端清洗系統整體動態特性進行分析，仿真結果如圖6所示。

圖5 液壓缸6不同增益下單位階躍響應

圖6 PID控制下單位階躍響應

仿真結果表明，在單位階躍信號下，液壓缸6取不同增益值，K值越大，穩定性越差，振蕩越明顯，為提高系統穩定性和動態響應性能，K值取相對較小值，K=29時，液壓缸6使刷盤對燈罩表面的接觸壓力響應速度較快。采用PID控制算法，系統中3個液壓缸在0～1 s時恢復穩定，超調量小，保證液壓缸穩定完成連桿變幅，驗證了姿態調節和刷盤對燈罩壓力控制的合理性。

4 結論

1)本文設計一種路燈燈罩末端機械臂式清洗機構，并通過運動學正逆求解，計算轉臺、連桿以及四桿機構變幅角度，并驗證姿態調節與壓力控制的合理性。

2)采用3個閥控液壓缸和連桿機構進行機械臂式清洗裝置姿態調節與壓力控制，并建立MATLAB/Simulink仿真模型。采用PID控制算法，抑制超調量，提高了姿態調節與接觸壓力控制的響應速度和穩定性。