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。     

基于RBF神经网络凿岩台车钻臂逆解分析

凿岩台车钻臂运动学逆解是钻臂轨迹规划的关键，采用人工神经网络是实现钻臂运动学逆解的有效途径。通过D-H法对钻臂进行正运动学分析，建立各级连杆坐标系，求解钻头位置相对于钻臂底座的位姿关系矩阵，基于蒙特卡洛法利用MATLAB计算出钻臂工作空间及掌子面覆盖范围，采用RBF神经网络逼近钻臂姿态与钻头位置的复杂映射关系，利用梯度下降法计算构建神经网络参数，完成钻臂逆解。结果表明：RBF神经网络计算转动关节角度最大误差为0.082°，误差均方根为0.007 2，最大误差占比为0.91%；伸缩关节位移最大误差为1.07 mm，误差均方根为0.083，最大误差占比为0.042%，能够较为精准地计算凿岩台车钻臂逆解，为规划钻臂轨迹实现自动化与智能化凿岩提供理论基础。     

掘锚支机器人的钻锚机械臂工作空间分析

为了解决掘进巷道效率低、安全性差等问题,提出了一种可独立跨骑在掘进机上的新型掘锚支机器人,可降低对综掘机改造的成本,同时可实现掘、支、锚平行作业,并对其前端钻锚机械臂的工作空间进行分析。基于D-H法建立前端钻锚机械臂的运动学模型,再利用蒙特卡洛算法求解出钻臂末端执行器所能触及到的空间范围。研究结果表明,该前端钻锚机械臂可满足3 400 mm×3 600 mm(宽×高)的断面巷道钻锚任务,为无人化钻锚作业奠定基础。     

基于机器人化掘支锚联合机组的折叠式钻车钻臂工作空间分析

针对现有掘进工艺仍然存在掘支比例失衡和掘进效率低下导致的掘进工作面安全事故频发等问题,提出了机器人化掘支锚联合机组及工艺,介绍了该机组的组成和工作原理,阐述了该机组中折叠式钻车钻臂的结构及运动学建模,并对该折叠式钻车钻臂的工作空间进行了详细的分析。通过对钻车钻臂关节参数进行反解,验证了该折叠式钻车钻臂能够满足实际工作的位置和姿态要求,为实现井下少人、无人化掘进作业奠定了基础。     

锚杆钻车三角钻臂的运动学研究

针对锚杆钻车三角钻臂运动控制问题,首先根据锚杆钻车三角钻臂的实际结构建立其简化模型,运用两步法和代数法对其进行正逆运动学求解;然后利用在两支臂缸处建立坐标系的方法求出所需点的空间坐标,以此计算出两支臂油缸伸缩量的精确算式,并提出了验证方法。最后通过SolidWorks和MATLAB软件对三角钻臂正逆运动学及支臂缸伸缩量公式进行了验证,确保了计算过程的准确性。     

矿用巡检机械臂运动学及工作空间分析

针对地形复杂的矿井工作环境,提出一种矿用巡检六自由度机械臂,以进行危险环境下的样品采集等工作。研究该矿井巡检机械臂正运动学、工作空间、轨迹规划问题,通过改进Denavit-Hartenberg方法建立六自由度巡检机械臂正向运动学数学模型,利用MATLAB机器人工具箱建立巡检机械臂仿真模型,验证所建立正向运动学数学模型的正确性,进而采用蒙特卡罗方法对机械臂工作空间进行研究,由工具坐标系的随机概率位置向量得出机械臂工作域,对工具坐标系的工作空间云点图进行绘制,同时通过MATLAB轨迹规划仿真研究机械臂运行过程中末端执行器位移变化。     

硬岩隧道掘进多臂协同钻孔技术研究

为实现硬岩隧道掘进机械化施工,提高三臂凿岩台车应用于硬岩隧道掘进时的施工效率,对三臂凿岩台车钻孔定位精度、多臂协同钻孔路径优化进行了研究分析。首先,基于D-H法建立三臂凿岩台车运动学模型,通过蒙特卡洛法得到三臂凿岩台车的有效工作空间,采用RBF神经网络算法实现钻臂钻孔的精确定位;其次,以钻臂末端移动距离最短和钻臂运动过程中各关节变量之和最小作为优化目标,提出一种改进遗传算法对三臂凿岩台车进行孔序优化,并与蚁群优化算法和自适应遗传算法两种现有孔序规划算法进行对比;最后,以两种不同方案钻孔顺序和所划分工作空间对多钻臂协同钻孔碰撞干涉进行仿真数值模拟分析。数值模拟结果表明：(1)3个钻臂的钻孔定位误差最大为2.94 mm,误差控制在3%以内;(2)与两种现有孔序规划算法相比,以钻臂末端移动距离最短作为优化目标时,3个钻臂末端行驶的总距离分别缩短了5.39 m和10.84 m,以关节变量之和最小作为优化目标时,3个钻臂的各关节变量之和分别减少了2.76 rad、5.34 rad;(3)以最短距离所得钻孔顺序进行钻孔作业时,中间钻臂与左右钻臂之间最短距离分别为984.6、580.8 mm,各钻臂...     

六自由度矿用机械臂的运动学分析

针对所设计的的六自由度矿用机械臂运用D-H方法建立运动学模型,在MATLAB中进行运动学分析;通过蒙特卡洛方法对其进行工作空间分析,得到机械臂工作空间云图;采用三次插值的方法对机械臂进行轨迹规划。结果表明,机械臂参数设计合理,工作空间直观准确,为机械臂进一步优化提供了参考依据。     

井下装药车自动装药系统机械臂运动学仿真分析

根据井下装药作业的特点,提出了一种适合井下装药车自动装药系统的装药机械臂。设计了机械臂的连杆结构形式,分析了机械臂的运动学,采用MATLAB对机械臂的运动学进行了仿真。仿真结果表明:装药机械臂的连杆结构参数合理,可以满足稳定运动的运动学要求。     

6R选矸机械臂运动学仿真分析

提出一种通过抓取非煤物质实现煤矸分离的6R选矸机械臂。运用D-H方法在直角坐标系下建立其运动学模型并完成运动学方程的推导,得到机械臂末端执行机构位姿和关节旋转角度的关系。利用Monte Carlo法完成对机械臂工作空间的求解,并利用MATLAB和ADAMS在工作空间内进行运动学联合仿真,得出各关节角度变化曲线和末端执行机构质心位置变化曲线。结果表明,6R选矸机械臂的结构设计合理可靠,所求解出的运动学理论方程准确,满足机械臂从点A(0.1028,0.0975,0)运动到点B(0.0828,0.0775,0.030)的需求。     

全液压螺旋钻采煤机钻杆联接装置设计研究

在现场调研的前提下,利用Pro/E软件建立了钻杆联接装置的虚拟样机,并进行了装置的运动学仿真。钻杆联接装置理论上解决钻杆连接困难的问题,以减少螺旋钻杆联接时间,提高钻机的煤炭开采效率。     

Study on temperature field of the drilling machine during the course of drilling in coal mine

The working conditions of the MK-3 type full hydraulic tunnel drilling machine during the course of drilling were analyzed. Based on the energy balance governing equations for the drill rod, the temperature field of drill rod at the normal and non-normal working conditions was numerically obtained. The numerical results show that the maximum temperature at the head of drill rod under the normal working circumstance is insufficient to ignite the gas. But under the non-normal working condition, the local high temperature can ignite the gas easily and cause the fire. In order to prevent the gas fire, the occurrence of the non-normal operating condition must be prevented as far as possible during the drilling.     

基于响应面法的潜孔钻机卸扣钳卡瓦结构优化设计

卡瓦结构对于潜孔钻机卸扣过程中钻杆的变形有重要影响。采用有限元法对其夹持钻杆变形量进行分析,以减小卡瓦质量和钻杆变形量为目标,对卡瓦几何结构参数进行实验设计与响应面建模,在此基础上采用多目标优化遗传算法并结合实际工艺参数得到最优设计方案。优化后卡瓦结构在同等工况下卡瓦质量下降了27%,夹持钻杆变形量减少了31.9%,为潜孔钻机卸扣钳卡瓦设计提供了理论指导。     

基于MATLAB/Simulink曲柄连杆机构运动学分析及仿真

为避免整体分析法复杂的建模和运算,将曲柄连杆机构分解为曲柄及RRR型Ⅱ级杆组两基本杆组,分别推导了曲柄、RRR型Ⅱ级杆组的运动学矩阵表达式,并编制了相应的M函数,基于MATLAB/Simulink仿真模块,建立相应的杆组位移、速度、加速度分析模块,实现了曲柄连杆机构关键点位移、角速度、加速度曲线绘制及分析,其仿真模型在建立和修改都具有方便、快捷、易扩展等优点。     

数字化掘进机切割曲线控制单元的研究

使用新的机器人建模方法设计掘进机切割曲线的数字控制单元.在该方法中,将CORDIC算法拓展到三维空间后,推导出三维向量的向量旋量迭代公式,从而建立了一种基于向量旋量理论的机器人建模新方法,即将机器人连杆体系抽象为一组有序向量集合,各关节的运动用运动向量集合描述,将机器人运动映射为三维空间向量集合各元素的旋转或伸缩.该方法能有效反应机器人运动过程中的空间结构信息,简化逆解求解过程,并且易于VLSI实现.该方法采用嵌入式SIMD阵列结构在FPGA中VLSI实现,能在5 μs内完成对切割位置的计算.     

数控机床上、下料机械手的运动学分析与仿真

建立了数控机床上、下料机械手的连杆坐标系,利用齐次变换和D-H法,得到机械手运动学方程,利用反向变换法(代数法)计算得出了机械手各关节变量,对机械手的运动轨迹进行分析并采用动力学仿真软件Adams对机械手进行仿真。     

竖直槽孔承压钻杆稳定性分析

上向反井钻机是由煤炭科学研究总院建井分院研制,是国内首台具有自主知识产权的电控上向反井钻机,主要用于钻进金属矿山、交通工程等领域的竖直向上或倾斜向上的钻凿工程。简要介绍了上向反井钻机工作原理及其在竖直槽孔钻进过程中的钻杆受力情况。简化了钻杆受力模型,利用能量法,推导出了钻杆受压、扭作用时的临界力表达式;并通过算例,说明钻杆临界力受稳定器间距、钻杆扭矩的影响规律。     

铲运机工作装置的设计

根据车体总长、总宽、总高、最大卸载角、系统工作压力等参数,对工作机构的各铰接点定位,主要是大臂的结构以及大臂和前车架的铰接位置,铲斗的几何形体设计、连杆和油缸的尺寸确定,整车稳定性等最终确定各部尺寸和外型。     

钎杆工作应力的随机分析

采用近代瞬态波形记录分析手段, 对3种钎杆在不同推进力及不同位置的工作应力波进行了采样记录和随机分析, 得出了钎杆工作载荷谱。结果表明, 钎杆工作载荷谱的有效峰值主要由其每个波串的第Ⅰ和第Ⅱ峰值构成, 其频率分布由对应的Ⅰ、Ⅱ峰值的两个正态概率密度曲线构成; 钎杆前点(近打击端)应力显著高于中点, 前点纵波应力均值为187.64 MPa, 最大应力为229.23 MPa。