液压凿岩机器人机械臂轨迹规划及跟踪控制研究
发布时间：2022-01-14 09:01
隧道开挖是现代交通、水电、国防等大规模基本建设中的一项难度大、耗资耗时多、劳动条件差但又十分重要、十分关键的施工作业。液压凿岩机器人是钻爆法施工的主要设备之一,液压凿岩机器人的技术进步直接促进了隧道施工水平的提高。针对恶劣的工作环境和劳动力资源的日渐萎缩,液压凿岩机器人的无人化研究迫在眉睫。目前液压凿岩机器人的智能控制系统完全被进口产品垄断,国内没有成功应用的产品,开发一套具有自主知识产权的国产化液压凿岩机器人智能控制系统意义重大。机械臂是液压凿岩机器人的执行机构,也是其最为关键的部件。机械臂的轨迹控制研究是液压凿岩机器人智能控制系统的基础。结合工程实际,对液压凿岩机器人机械臂的运动学、轨迹规划、轨迹跟踪以及轨迹的控制试验等方面展开了研究,研究的内容主要包括:（1）建立液压凿岩机器人机械臂的D-H坐标系并进行运动学的正逆解分析。通过Matlab的可视化功能描绘出机械臂的工作空间,以便判断机械臂的设计结构是否满足隧洞施工的要求。针对机械臂多自由度冗余的特点,同时结合液压凿岩机器人实际工况,优化求解出机械臂各关节的逆运动学解析。采用Adams软件建立了机械臂仿真模型,并对其进行运动学仿真,...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
破拆机器人
第1章绪论-1-第1章绪论1.1引言进入21世纪以来，科技飞速发展，机器人技术也日益精进，对社会生产产生巨大影响[1，2]。工程机器人是机器人技术的一个重要产物，近年来科学技术的不断创新，直接促进了工程机器人越来越广泛地被应用到众多行业当中，特别是在一些高危、环境恶劣的行业，工程机器人展现了特有的优势，为人类生产发展带来了便利。现如今，一些特殊行业对工程机器人的需求相当迫切，工程机器人技术的开发创新以及应用，值得我们更加关注，发展前景十分良好[3]。工程机器人根据生产的需求，衍生了很多种类。其中按服务领域划分，可以分为：农林业工程类、工业制造类、建筑工程类、资源工程类、新兴核工业类、灾害救援类、军事工程类等，按作业方式划分，又可以分为：破拆机器人、搬运运输机器人、抓取装卸机器人、实际探测机器人等。例如图1-1所示的破拆机器人主要用于地震灾害救援等工况，代替人员从事危险作业。图1-2所示的消防机器人主要用于大型洪涝灾害现场等工况。图1-1破拆机器人图1-2消防机器人Fig.1-1DemolitionrobotFig.1-2Fire-fightingrobot近年来，由于陆地资源的开采和利用越来越受限制，因此人类开始了对地下、水下等空间资源的开采，而隧道施工就是其中一项。现在，工程机器人因为其特点在隧道施工方面被广泛的应用，是开凿交通通道、安全洞室的首选设备。在隧道施
燕山大学工学博士学位论文-2-工中，有全断面施工和钻爆法施工，全断面施工主要采用全断面硬岩隧道掘进机（见图1-3）和盾构机施工，但一次投入大，且设备的通用性差。而钻爆法经济型强，施工灵活，所以在隧洞施工中钻爆法仍然是主要的施工方法。根据相关权威数据统计：计算机自动控制系统凿岩超挖量可减少15%左右；一次爆破进度可提高11%以上；生产率提高15%~30%；钻头寿命提高25%以上；钻进成本降低26%以上。而且由于钻爆法施工工作环境恶劣，在日益严峻的劳动力缺乏及职工健康体系完善的情况下，液压凿岩机器人（见图1-4）已经成为了钻爆法施工中的主力军，它在隧道开凿施工作业中利用其优势被广泛应用，发挥着重要作用。图1-3全断面隧道掘进机图1-4液压凿岩机器人Fig.1-3TunnelboringmachineFig.1-4Hydraulicrockdrillingrobot1.2液压凿岩机器人发展现状1.2.1液压凿岩机器人国外发展现状早在1965年左右，第一台带液压机械臂的液压凿岩钻车在欧洲研制成功。之后在1970年，法国Montabert公司研制出了首台实用液压凿岩机，并开始投入市常由于液压凿岩设备相比于风动凿岩设备有其独有的优势，比如在作业中更为高速、高效，同时又能节能减排，因此开始在世界各地的隧道施工中得到了广泛应用，这一定程度上也促进了液压凿岩机器技术的发展[4]。随着液压凿岩机的广泛应用，其逐渐体现了在技术、经济以及社会效益方面的优势，世界各国的著名公司都看到了液压凿岩机的巨大发展前景和其潜在的商业价值，于是各大公司开始不惜财力和人力投入到液压凿岩机的研制和开发中去。其中就研发成果来讲，瑞典AtlasCopco公司、芬兰Tamrock公司这两个知名公司生产的液压凿岩机及其配套钻车的品种型式和技术水平更为先进，哪怕是放在当今世界，
【参考文献】：
期刊论文
[1]三自由度机械臂运动学分析与轨迹规划算法研究[J]. 刘劲松,常斌,游达章. 湖北工业大学学报. 2018(04)
[2]偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解[J]. 李泰国,李文新,段福伟,贾露娟. 机床与液压. 2018(09)
[3]六自由度机械臂的动力学仿真及控制[J]. 刘泽宇,冯雷,黄道敏,周曾成,唐国元. 机械与电子. 2018(04)
[4]改进B样条曲线应用于6R机器人轨迹优化[J]. 董甲甲,王太勇,董靖川,张永宾,陶浩. 中国机械工程. 2018(02)
[5]CMGs驱动空间机械臂的自适应终端滑模控制[J]. 夏新会,冯骁,贾英宏,徐世杰. 空间控制技术与应用. 2017(06)
[6]基于神经网络的机械臂的模仿学习研究[J]. 于建均,徐骢驰,阮晓钢,门玉森. 控制工程. 2017(11)
[7]基于神经网络柔性关节机械臂反演滑模控制[J]. 施琳琳,陈强. 控制工程. 2017(11)
[8]基于MATLAB与ADAMS的机械臂仿真分析[J]. 王大超,刘虹. 机械工程与自动化. 2017(06)
[9]二自由度机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制及仿真[J]. 张果,赵艳花,陈文清. 洛阳理工学院学报(自然科学版). 2017(03)
[10]基于神经网络的自由漂浮空间机械臂自适应鲁棒控制[J]. 王超,江洁,林森海,张文辉,陈荣昌. 空间控制技术与应用. 2017(02)
硕士论文
[1]基于模糊力矩的机械臂轨迹跟踪控制方法研究[D]. 李凡.大连理工大学 2016
[2]基于自抗扰控制技术的多自由度机械臂轨迹跟踪[D]. 蒋臣.北京化工大学 2016
[3]隧道凿岩机器人钻臂关键技术研究[D]. 胡家盈.西南交通大学 2016
[4]多自由度串联机器人运动学分析与仿真[D]. 王梦.北京理工大学 2016
[5]刚柔机械臂自适应反演滑模控制与振动抑制方法研究[D]. 李阳.吉林大学 2014
[6]液压凿岩台车钻臂轻量化设计与振动特性分析[D]. 喻威.中南大学 2014
[7]新型五自由度并联机床的运动学设计及工作空间分析[D]. 田小静.燕山大学 2003
本文编号：3588215
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
破拆机器人
第1章绪论-1-第1章绪论1.1引言进入21世纪以来，科技飞速发展，机器人技术也日益精进，对社会生产产生巨大影响[1，2]。工程机器人是机器人技术的一个重要产物，近年来科学技术的不断创新，直接促进了工程机器人越来越广泛地被应用到众多行业当中，特别是在一些高危、环境恶劣的行业，工程机器人展现了特有的优势，为人类生产发展带来了便利。现如今，一些特殊行业对工程机器人的需求相当迫切，工程机器人技术的开发创新以及应用，值得我们更加关注，发展前景十分良好[3]。工程机器人根据生产的需求，衍生了很多种类。其中按服务领域划分，可以分为：农林业工程类、工业制造类、建筑工程类、资源工程类、新兴核工业类、灾害救援类、军事工程类等，按作业方式划分，又可以分为：破拆机器人、搬运运输机器人、抓取装卸机器人、实际探测机器人等。例如图1-1所示的破拆机器人主要用于地震灾害救援等工况，代替人员从事危险作业。图1-2所示的消防机器人主要用于大型洪涝灾害现场等工况。图1-1破拆机器人图1-2消防机器人Fig.1-1DemolitionrobotFig.1-2Fire-fightingrobot近年来，由于陆地资源的开采和利用越来越受限制，因此人类开始了对地下、水下等空间资源的开采，而隧道施工就是其中一项。现在，工程机器人因为其特点在隧道施工方面被广泛的应用，是开凿交通通道、安全洞室的首选设备。在隧道施
燕山大学工学博士学位论文-2-工中，有全断面施工和钻爆法施工，全断面施工主要采用全断面硬岩隧道掘进机（见图1-3）和盾构机施工，但一次投入大，且设备的通用性差。而钻爆法经济型强，施工灵活，所以在隧洞施工中钻爆法仍然是主要的施工方法。根据相关权威数据统计：计算机自动控制系统凿岩超挖量可减少15%左右；一次爆破进度可提高11%以上；生产率提高15%~30%；钻头寿命提高25%以上；钻进成本降低26%以上。而且由于钻爆法施工工作环境恶劣，在日益严峻的劳动力缺乏及职工健康体系完善的情况下，液压凿岩机器人（见图1-4）已经成为了钻爆法施工中的主力军，它在隧道开凿施工作业中利用其优势被广泛应用，发挥着重要作用。图1-3全断面隧道掘进机图1-4液压凿岩机器人Fig.1-3TunnelboringmachineFig.1-4Hydraulicrockdrillingrobot1.2液压凿岩机器人发展现状1.2.1液压凿岩机器人国外发展现状早在1965年左右，第一台带液压机械臂的液压凿岩钻车在欧洲研制成功。之后在1970年，法国Montabert公司研制出了首台实用液压凿岩机，并开始投入市常由于液压凿岩设备相比于风动凿岩设备有其独有的优势，比如在作业中更为高速、高效，同时又能节能减排，因此开始在世界各地的隧道施工中得到了广泛应用，这一定程度上也促进了液压凿岩机器技术的发展[4]。随着液压凿岩机的广泛应用，其逐渐体现了在技术、经济以及社会效益方面的优势，世界各国的著名公司都看到了液压凿岩机的巨大发展前景和其潜在的商业价值，于是各大公司开始不惜财力和人力投入到液压凿岩机的研制和开发中去。其中就研发成果来讲，瑞典AtlasCopco公司、芬兰Tamrock公司这两个知名公司生产的液压凿岩机及其配套钻车的品种型式和技术水平更为先进，哪怕是放在当今世界，
【参考文献】：
期刊论文
[1]三自由度机械臂运动学分析与轨迹规划算法研究[J]. 刘劲松,常斌,游达章. 湖北工业大学学报. 2018(04)
[2]偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解[J]. 李泰国,李文新,段福伟,贾露娟. 机床与液压. 2018(09)
[3]六自由度机械臂的动力学仿真及控制[J]. 刘泽宇,冯雷,黄道敏,周曾成,唐国元. 机械与电子. 2018(04)
[4]改进B样条曲线应用于6R机器人轨迹优化[J]. 董甲甲,王太勇,董靖川,张永宾,陶浩. 中国机械工程. 2018(02)
[5]CMGs驱动空间机械臂的自适应终端滑模控制[J]. 夏新会,冯骁,贾英宏,徐世杰. 空间控制技术与应用. 2017(06)
[6]基于神经网络的机械臂的模仿学习研究[J]. 于建均,徐骢驰,阮晓钢,门玉森. 控制工程. 2017(11)
[7]基于神经网络柔性关节机械臂反演滑模控制[J]. 施琳琳,陈强. 控制工程. 2017(11)
[8]基于MATLAB与ADAMS的机械臂仿真分析[J]. 王大超,刘虹. 机械工程与自动化. 2017(06)
[9]二自由度机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制及仿真[J]. 张果,赵艳花,陈文清. 洛阳理工学院学报(自然科学版). 2017(03)
[10]基于神经网络的自由漂浮空间机械臂自适应鲁棒控制[J]. 王超,江洁,林森海,张文辉,陈荣昌. 空间控制技术与应用. 2017(02)
硕士论文
[1]基于模糊力矩的机械臂轨迹跟踪控制方法研究[D]. 李凡.大连理工大学 2016
[2]基于自抗扰控制技术的多自由度机械臂轨迹跟踪[D]. 蒋臣.北京化工大学 2016
[3]隧道凿岩机器人钻臂关键技术研究[D]. 胡家盈.西南交通大学 2016
[4]多自由度串联机器人运动学分析与仿真[D]. 王梦.北京理工大学 2016
[5]刚柔机械臂自适应反演滑模控制与振动抑制方法研究[D]. 李阳.吉林大学 2014
[6]液压凿岩台车钻臂轻量化设计与振动特性分析[D]. 喻威.中南大学 2014
[7]新型五自由度并联机床的运动学设计及工作空间分析[D]. 田小静.燕山大学 2003
本文编号：3588215
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3588215.html
