發(fā)布時間：2020-04-19 02:24

【摘要】：伴隨著工業(yè)機器人技術(shù)的不斷發(fā)展及普及,工業(yè)機器人技術(shù)正在被越來越廣泛的應用于各個行業(yè)中。在煤礦鉆探領(lǐng)域?qū)⒐�業(yè)機器人技術(shù)與鉆探設備結(jié)合起來,使之完成精確、震蕩小、適應井下環(huán)境的自動鉆桿裝卸任務,對發(fā)揮工業(yè)機器人重復度高、效率高、適應性強的優(yōu)點,減輕井下鉆探工作人員的勞動強度有現(xiàn)實的意義。本文針對井下坑道自動鉆機的鉆桿裝卸流程、工作步驟進行了分析,對鉆桿裝卸機器人的運動學建模、動力學建模、最優(yōu)沖擊的軌跡規(guī)劃及優(yōu)化、控制系統(tǒng)的構(gòu)建及軟件設計進行了研究。主要研究內(nèi)容包括:(1)針對礦用坑道鉆機鉆桿裝卸的工作特點和工作流程,分析得出了鉆桿裝卸機器人的工作特點和功能需求;并以此為基礎(chǔ)進行了鉆桿裝卸機器人系統(tǒng)方案設計,完成了機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式、控制方式的確定。(2)以鉆桿裝卸機器人為研究對象,進行了運動學建模,包括:連桿坐標系的建立、D-H法參數(shù)的確定、運動學正解推導、運動學逆解推導;并通過MATLAB仿真驗證了運動學正解與逆解的正確性;在建立的運動學模型基礎(chǔ)上進行了運動空間分析;采用拉格朗日法建立了鉆桿裝卸機器人的動力學模型,為后續(xù)最優(yōu)沖擊優(yōu)化中力矩約束和目標函數(shù)構(gòu)建提供基礎(chǔ)。(3)針對鉆桿裝卸機器人在完成鉆桿裝載過程中要與鉆機動力頭進行精確配合的特點,需要盡量減小鉆桿裝卸機器人運動過程中產(chǎn)生的沖擊并保證在關(guān)節(jié)空間、笛卡爾空間的軌跡符合要求,提出了在笛卡爾空間采用5次非均勻B樣條曲線進行軌跡規(guī)劃,在關(guān)節(jié)空間進行聯(lián)合5次非均勻B樣條的凸輪曲線規(guī)劃方法,以保證在笛卡爾空間中鉆桿裝卸機器人末端軌跡符合要求,使得關(guān)節(jié)運動速度、加速度、加加速度平滑連續(xù);利用一種改進人工蜂群算法進行最優(yōu)沖擊優(yōu)化,使得關(guān)節(jié)運動產(chǎn)生的沖擊最小,保證鉆桿裝卸的平穩(wěn)性及準確性。(4)根據(jù)提出的軌跡規(guī)劃算法及運動控制的精度、實時性要求,選用固高GUC-T系列嵌入式多軸運動控制器構(gòu)建了鉆桿裝卸機器人控制系統(tǒng),以Otostudio為開發(fā)平臺完成了鉆桿裝卸機器人控制系統(tǒng)軟件的設計。最后搭建了鉆桿裝卸機器人實驗平臺,進行了鉆桿裝卸機器人鉆桿裝卸實驗,驗證了提出方法的可行性。
【圖文】：

1.1 課題研究背景及意義地質(zhì)勘查、水文探測、瓦斯檢測等是煤礦開采過程中必不可少的工作，因此在各種地質(zhì)層上進行鉆孔打眼成為重要的工作內(nèi)容，按照所鉆孔的功能可劃分為：基建探礦孔、生產(chǎn)探礦孔、放水孔、水文觀測孔、泄水孔、排氣孔等[1,2]。鉆探的深度范圍較大，一般在幾十米到幾百米之間，一根鉆桿的長度一般為 1m~3m，由此可見鉆探時需要重復的進行鉆桿的裝載工作；在鉆探任務完成后需要重復的進行鉆桿卸載。這給鉆探工作人員帶來了較大的勞動強度。其中尤其以井下坑道內(nèi)的鉆探作業(yè)環(huán)境最為惡劣，坑道內(nèi)環(huán)境如圖 1.1 所示，坑道內(nèi)環(huán)境比較復雜，存在電線電纜、瓦斯氣體、同步作業(yè)時的炮煙等安全隱患；坑道內(nèi)有時還會因存在積水、頂側(cè)巖石滲漏等情況導致環(huán)境潮濕，工作人員需要采取防潮、防水措施；空氣質(zhì)量、光線情況差。這些都增加了坑道內(nèi)鉆探作業(yè)的難度；同時空間狹窄造成了較大的噪聲危害，使得職業(yè)隱患問題突出。

1.1 課題研究背景及意義地質(zhì)勘查、水文探測、瓦斯檢測等是煤礦開采過程中必不可少的工作，因此在各種地質(zhì)層上進行鉆孔打眼成為重要的工作內(nèi)容，按照所鉆孔的功能可劃分為：基建探礦孔、生產(chǎn)探礦孔、放水孔、水文觀測孔、泄水孔、排氣孔等[1,2]。鉆探的深度范圍較大，一般在幾十米到幾百米之間，一根鉆桿的長度一般為 1m~3m，由此可見鉆探時需要重復的進行鉆桿的裝載工作；在鉆探任務完成后需要重復的進行鉆桿卸載。這給鉆探工作人員帶來了較大的勞動強度。其中尤其以井下坑道內(nèi)的鉆探作業(yè)環(huán)境最為惡劣，坑道內(nèi)環(huán)境如圖 1.1 所示，坑道內(nèi)環(huán)境比較復雜，，存在電線電纜、瓦斯氣體、同步作業(yè)時的炮煙等安全隱患；坑道內(nèi)有時還會因存在積水、頂側(cè)巖石滲漏等情況導致環(huán)境潮濕，工作人員需要采取防潮、防水措施；空氣質(zhì)量、光線情況差。這些都增加了坑道內(nèi)鉆探作業(yè)的難度；同時空間狹窄造成了較大的噪聲危害，使得職業(yè)隱患問題突出。
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD40;TP242.2

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王善斌;;一種裝卸機器人軌跡規(guī)劃的數(shù)學模型和工作空間[J];機床與液壓;2009年09期

2 賈永剛;程志勇;郭銳;李勇;欒貽青;;航空標志球裝置及裝卸機器人系統(tǒng)研究[J];制造業(yè)自動化;2016年05期

3 Helmut Wichtlhuber;自由裝卸的機器人[J];現(xiàn)代制造;2004年13期

4 孟穎;李長春;王士峰;;懸鏈線上車輪裝卸機器人的優(yōu)化設計[J];石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院學報;2010年03期

5 宋喜秀;;快遞之地[J];專用汽車;2016年04期

6 ;江蘇八達重工機械有限公司[J];鐵路采購與物流;2013年07期

7 李長春;劉廣志;;袋裝物料裝卸機器人臂長的優(yōu)化設計[J];濟南大學學報(自然科學版);2007年03期

8 胡愛華;子彥;;地下采礦設備機器人化的控制[J];世界采礦快報;1993年15期

9 張?zhí)旌?李長春;康鵬桂;;機器人裝卸米袋夾持器的研究[J];液壓與氣動;2009年08期

10 程志勇;郭亮;賈永剛;郭銳;張峰;;防繞擊避雷針裝卸機器人系統(tǒng)地面站控制軟件設計[J];制造業(yè)自動化;2016年03期

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 韓祥東;一種礦用鉆桿裝卸機器人軌跡規(guī)劃及控制方法研究[D];濟南大學;2019年

2 王東野;大伸臂重載裝卸機器人的設計[D];哈爾濱理工大學;2012年

本文編號：2632819