隧道凿岩机器人双三角钻臂运动分析与控制策略

通过对隧道凿岩机器人双三角钻臂运动规律的研究,引入平行坐标系将两后变幅缸对钻臂摆角与俯仰角的两输入两输出耦合系统转化为两个单输入单输出系统,得到了钻臂直线轨迹运动时,两后变幅缸的控制规律。从算法上解决了双三角钻臂轨迹控制的难点,为隧道凿岩机器人的高精度轨迹控制打下良好的理论基础。     

凿岩机器人的建模与运动学分析

针对矿井下硬岩钻孔爆破工程,将凿岩机器人钻臂转化成多关节机器人系统。根据D-H模型及几何分析法完成了钻臂的正逆运动学求解,并采用曲线拟合算法,通过构建钻臂后两液压缸与钻臂之间的几何模型,得到了钻臂的俯仰角和偏转角的计算公式;在此基础上,采用运动学算法对矿车在巷道中的停偏问题进行了纠偏。验证结果表明,所提算法误差在允许范围内,这为凿岩机器人下一步的控制设计打下了基础,在对矿洞开采的自动化、智能化的应用上具有现实意义。     

隧道凿岩机器人钻臂动力学研究

本文运用机器人学动力学理论对凿岩机器人钻臂进行动力学分析。建立了钻臂的动力学模型，该研究对于钻臂零部件、驱动油缸的设计及凿岩机器人的控制系统设计具有重要的参考价值。     

凿岩机器人钻臂油缸行程计算方法的误差分析

笔者分别以几何法和坐标变换法计算了凿岩机器人钻臂的油缸长度,并与实际测得油缸伸缩长度进行比较,得出了坐标变化法计算值和实际值的吻合度高,满足了凿岩机器人钻臂末端定位精度的要求。     

煤矿井下机器人钻臂智能控制研究

把神经网络控制技术引入至煤矿井下机器人的钻臂控制系统里,针对机器人钻臂控制系统实施研究。推导出了工作装置电液比例控制系统的传递函数,设计了电液比例控制系统,分析了神经网络控制问题,构建了煤矿井下机器人电控系统模型,讨论了机器人钻臂控制问题。     

隧道凿岩机器人钻臂移位跟踪与控制系统

二十多年前,国外就开始了隧道凿岩机器人的研究,近些年,国内也开始研制这种设备,应用市场较大。现介绍一种由国内自行研制的隧道凿岩机器人的钻臂自动移位控制系统及其组成和工作原理,并介绍了一套实现其工作的控制软件系统。     

凿岩台车钻臂液压系统性能 测试与分析

凿岩台车是矿山机械化开采的重要设备,钻臂液压系统工作性能优劣直接影响台车施工效率。通过对凿岩台车钻臂液压系统性能的测试,给出了凿岩机冲击、旋转及推进压力,获得了钻臂其他动作缸的压力参数,为优化钻臂液压系统参数设计,提升凿岩台车的作业性能,提高钻孔工作效率打下了坚实的基础。     

计算机控制凿岩钻车钻臂定位控制方案研究

与普通凿岩设备相比，计算机控制凿岩钻车可获得精确的断面轮廓，减少超挖，其关键在于计算机控制凿岩钻车钻臂可实现精确定位。本文提出了计算机控制凿岩钻车钻臂定位的一种具体控制方案。     

隧道凿岩机器人双三角十字铰钻臂的运动控制

通过研究凿岩机器人双三角十字铰钻臂运动规律，在分析两变幅缸伸缩经与钻臂摆角与俯仰角的变化之间关系的基础上，得到了钻臂摆角与俯爷角按特定规律运动时钻臂在空间的运动轨迹，同时也得到了两变幅缸的伸长变化轨迹，据此，通过控制两变幅缸按一定规律变化可使钻臂在空间的移动平缓并且使得钻臂的运动控制方便、简单，且易于碹以较高的控制精度。     

高原用凿岩台车回转回路液压系统设计与钻臂轻量化研究

针对目前国内市场上的凿岩台车产品对高原环境适应性差等问题,设计了高原用凿岩台车回转回路液压系统,使用AMESim软件对凿岩台车凿岩机的回转回路进行了仿真分析,利用ANSYS软件对钻臂模型进行了静力学分析。仿真结果表明,钻臂的刚度及强度满足要求,优化后的钻臂重量降低了13%,实现了钻臂轻量化的目标。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。     

液压凿岩机回转速度控制系统

为提高液压凿岩机效率以及延长其使用寿命,利用最优凿岩角理论,完成了基于冲击频率控制回转角度的液压凿岩机控制系统。根据最优凿岩角理论,在破岩时特定性质的岩石有确定的最优凿岩回转角度与之对应,此时钻具破岩效率最高,即不同冲击频率可对应凿岩机不同回转速度。基于LabVIEW平台开发的冲击频率提取功能可实时提取液压凿岩机冲击信号,并加以处理得到实时冲击频率,依据最优回转角理论计算凿岩机最优转速,并将数据传输至控制器,通过控制器程序实现对液压凿岩机回转速度调节的目的。通过试验验证,本控制系统可以有效实现基于冲击频率对液压凿岩机回转速度的精确控制,从而实现对液压凿岩机最优转角的实时控制。     

基于多传感器组合的钻锚机器人机身定位方法研究

针对目前煤矿钻锚作业仍以人工为主,作业强度大、环境恶劣且效率低的问题,为提高效率、保障工人生命安全,研发了煤矿钻锚机器人以提升钻锚作业自动化水平。针对工况环境下的钻锚机器人机身定位困难、干扰大、精度低、效率低等问题,提出了一种基于激光测距传感器和激光雷达的组合传感器定位方法。根据钻锚作业需求,研究基于分布式激光测距传感器的钻锚机器人与掘进工作面之间的距离信息,建立"机器人-工作面"定位模型,解算钻锚机器人前移过程中与掘进工作面的位置关系;以机器人后端顶部锚杆为目标,利用激光雷达扫描获取锚杆与钻锚机器人的动态点图信息,建立"机器人-锚杆"定位模型,解算钻锚机器人后移过程中与锚杆的空间位置关系。搭建组合定位系统,通过样机试验验证表明:"机器人-工作面"定位模型距离误差≤10 mm,偏航夹角误差≤1°;"机器人-锚杆"定位模型距离误差≤20 mm,偏航夹角误差≤1.5°,可以实现煤矿巷道钻锚机器人机身自动、准确、实时的定位目标。     

基于双侧钻臂位姿协同约束的凿岩台车车体定位方法

车体定位是凿岩台车钻孔自动控制的先决工序,原有车体定位方法仅在理想无碴工作面可行,当有堆碴车体横向倾斜情况下,推进梁可绕激光束横向旋转造成角变量无法锁定,车体位姿存在无穷解,导致定位误差很大甚至无法使用。为解决这一问题提出利用双钻臂同时参与定位的新方法,从理论上证明了双钻臂法解算车体位姿的可行性,将求车体位姿惟一解的问题转化为求解固定边长三角形顶点位置的问题;基于D-H法及坐标系平移确定了车体-激光坐标系变换关系;引入集合条件找出车体基坐标系实际原点位置,通过MATLAB编程计算车体两侧角变量值,求解车体基坐标系在工作面坐标系下的位姿矩阵,实现车体定位。现场测试结果表明:双钻臂法充分适应有渣条件堆碴高度变化,并能快速求得车体实际位姿确定值;车体竖直方向定位误差在5%以内,不采用误差补偿手段条件下钻孔定位精度在12 cm内。通过对比两种车体定位方法对钻孔定位效果的影响发现:原方法存在定位误差向非定位侧钻臂传递的现象,全站仪测量准确的情况下,非定位侧炮孔平均定位误差较定位侧高出94%。双钻臂法定位则不存在这一问题,其双侧炮孔定位精度与原方法定位侧炮孔定位精度一致,对于误差补偿较为有利。双钻臂定位法已在井下试验得到成功验证,具有普遍性,可用于同类型凿岩台车车体定位。     

CSD1800ZD型自动化岩心钻机的应用与分析

CSD1800ZD型自动化岩心钻机配置了钻进参数自动检测和控制系统,以及自动移摆管系统等,实现了钻进过程自动化和信息化,提高了钻进效率。该钻机2019年下半年在山东省平度市山旺-上马台矿区进行了施工应用,作为自动化岩心钻机其在钻进性能、使用便捷、自动化等方面表现出了很多优势。本文并就施工应用的数据和现场反馈情况进行了分析总结。     

液压动力头岩心钻机的负载敏感液压回路

钻探工作对液压钻机的回转、给进和升降液压回路都有性能上的要求,传统的手动控制阀与定量泵组成的普通液压系统技术较落后,对不同地层钻进控制能力和适应性差,而负载敏感液压回路对钻进适应性强,可提高钻进效率,且液压系统能耗少、发热少、传动效率高。介绍了液压动力头岩心钻机的负载敏感液压回路的工作原理,系统的特点及对钻探工作的负载适应能力。     

汛期江上工程钻探施工实践

通过工程实例,着重介绍了汛期在江上进行桥基勘察施工时,钻船及设备的选择,钻船拼装和抛锚定位方法,钻进工艺以及机上余尺、回次进尺的计算方法等,重点强调了江上钻探施工的相关注意事项。     

适用于井下狭窄巷道的铰接自行式天井钻机智能化研究

为解决现有天井钻机尺寸大、转场难、自动化程度低、控制精度差等问题，通过采用中心铰接式底盘结构、浮动车架设计、PLC程序控制和远程智能遥控操作等系统集成与控制技术，对天井钻机的整机结构、动力匹配、智能行走、自动凿岩等核心问题进行了研究，最终开发设计出了一款适用于无轨矿山井下狭窄巷道的铰接自行式天井钻机。该钻机通过履带牵引和轮胎拖挂的方式实现设备的行走和转向，行走、定位、施工全过程无需任何拆装，简单方便。现场应用表明，相比传统天井钻机，本文设计的铰接自行式天井钻机整机尺寸小、巷道通过性好、凿岩速度快、成孔精度高、施工成本低，无论是在施工效率上、还是在智能化程度上都有了很大的提升，很好满足了矿山机械化换人、智能化减人的发展需求，更加高效、智能。     

我国地下矿山凿岩装备应用现状与凿岩智能化发展方向

数字化、智能化是凿岩台车等大型设备未来的发展趋势。为明晰国产凿岩台车的研究方向,结合我国 地下矿山钻爆施工中凿岩台车的应用现状,定量对比评价了现场使用凿岩台车在钻孔精确度、钻孔效率、人员安全 性、环保指标等方面的技术优势及问题。结果表明：使用凿岩台车钻孔,一般单孔凿岩时间为2~3 min,凿岩效率为 同等条件下使用气动凿岩机钻孔的2~4 倍;配合合理的爆破手段,月进尺能提高50%~70%;现场使用凿岩台车时,面 临机械性能和钻爆工艺不匹配、较气动凿岩机开挖超挖量大以及人员培训落后于实际需要等问题。在此基础上,总 结了现阶段凿岩台车智能化发展进展。研究表明：通过补偿技术,国内一些钻孔定位平均定位精度在5 cm 以下,可 满足施工要求;借助视觉辅助定位与导航方法、5G 技术及物联网等先进技术,能够实现少人化、无人化的作业目标。 最后进一步分析了研发、推广国产凿岩台车面临的不足与挑战,总结并展望了国产凿岩台车的发展路线。     

牙轮钻机微机控制系统

牙轮钻机钻凿的岩层是随机分布、错综复杂的,因而钻进过程难以定义。针对这种情况本文提出牙轮钻进岩石可钻性指数,可用来连续检测牙轮钻进过程中的岩性变化,并由此而建立牙轮钻进过程的控制模型。这一控制模型可对钻具的轴压和转速进行优化匹配。微机控制系统可使钻机随着被钻岩石变化始终处于良好的钻进状态,它还具有钻进参数超限处理、钻进过程程序控制钻进深度的盘测、岩性记录和指导调平等功能。