六自由度液压换刀机械臂的设计与分析

为提高盾构机换刀的效率、降低换刀成本和危险系数,设计一种盾构机用六自由度液压换刀机械臂。阐述了该机械臂的整体设计方案并对其进行运动学建模,通过仿真验证了运动学模型的准确性,并获得机械臂的作业范围和机械臂各关节运动曲线。结果表明,所设计机械臂的活动范围较大,且各关节运动平稳性较好,结构设计合理,为机械臂的智能化控制研究提供理论支持。     

一种新型TBM清渣机器人机构设计与试验

隧道底部积渣清理是TBM施工中钢拱架立拱前的必备环节。随着对支护质量、施工效率、安全性要求越来越高,传统的人工清渣越来越难以满足施工要求,清渣机器人是破解这一难题的重要手段。首先,分析隧道底部积渣分布情况与环境结构特点,进行新型机器人机构设计;其次,基于Denavit-Hartenberg（D-H）参数法建立其连杆坐标系,进行正逆运动学计算,给出了末端位姿矩阵表达式和逆运动学解析解,并进行工作空间计算和分析,结果表明机器人能够实现3830mm的作业深度和±45°的作业范围;基于拉格朗日方程建立其动力学模型,采用五次多项式进行关节空间轨迹规划,并将规划的位移、速度、加速度代入动力学模型,获得关节驱动力矩仿真曲线,为摆动缸、直线油缸等驱动件的选型提供依据;然后,以单关节位置控制为例,进行积分分离PID控制器设计,与传统PID相比,将超调量降低18.7%,解决位置误差累积引起的关节抖动问题;最后搭建了隧道底部积渣清理试验平台,并进行隧道底部积渣清理实验,结果表明,该清渣机器人作业周期为53s,可作为敞开式TBM施工过程隧道底部积渣清理的有效解决方案。