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。     

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...     

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。     

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。     

UR5机器人运动学分析与轨迹规划研究

以UR5机器人为研究对象,为提高作业效率并保证其运动的平稳性,对其进行运动学分析与轨迹规划研究。采用D-H方法对机械臂的正、逆运动学进行了分析。以关节最大速度为约束,结合五次多项式得到了机械臂各关节的轨迹。通过建立机器人的Simulink控制模型,以关节角速度为输入,得到关节的角加速度曲线。通过对比轨迹规划与模型仿真的结果,验证了运动学方程的准确性。     

凿岩台车数值输入控制定位方法

在掘进工作面上实现凿岩台车钻臂的准确定位是提高凿岩爆破效果的重要环节。以往采用手动装置，定位效率低且精度以保证，因此最近广泛采用一种数值输入的自动控制定位方法。该法是将工作面炮孔位置的直角坐标系变换成钻臂的球面坐标系，用数值指定钻臂上凿岩机顶端的位置，用反馈控制装置将凿岩机顶端定位于设计的炮孔位置上。该法定位精度高、速度快。     

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。     

搬运机械手的运动学分析

根据搬运机械手的结构特点和性能要求,首先对其正向运动学进行了分析,得出其运动学方程式—操作臂末端在基坐标系下的位置关系式;然后对逆向运动学进行分析,根据操作臂末端的位置,确定出各关节的转角;最后根据机械手末端速度与关节变量速度之间关系分析,得出机械手的雅可比和逆雅可比。     

基于分段线性回归的煤机装备机载操作臂定位误差补偿方法

针对煤机装备机载操作臂的定位误差补偿问题,提出了一种基于分段线性回归的定位误差补偿方法。该方法基于一种煤机装备的典型机载多关节操作臂进行运动学分析,建立了正向运动学和逆向运动学方程;基于3个工作位置设计了操作臂固定的“”形运行路径;多次采集同一路径中多个位置点的位置信息,对路径点的测量值与目标值进行数据分析,并对目标值进行修正,实现误差补偿。实验验证结果表明,运用分段线性回归的方法进行误差补偿,使得x、y、z三个方向的均方根误差分别降低到100 mm以下,平均绝对误差降低到100 mm以下,满足误差在100 mm以下的工作需求。     

煤矿巷道修复机机械臂运动学建模及仿真

以WPZC-150/2100L型巷道修复机为研究对象,采用几何法和D-H法建立了巷道修复机机械臂的数学模型,使用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,并使用ROS中的MoveIt功能包求逆解及路径规划,通过rviz实时显示机械臂的位置并控制其运动。将路径规划的结果传递给控制器,实现了液压机械臂的控制。     

煤矿抓管机器人冗余机械臂逆运动学求解算法

设计了一种煤矿抓管机器人，介绍了机器人的系统组成、核心参数和主要功能；在煤矿抓管机器人及其液压机械臂的结构特点和工作方式基础上，研究了基于固定角度法和搜索方法的机械臂逆运动学求解算法，分析了冗余机械臂的逆运动学求解原理，并给出了算法实现的详细流程。仿真结果表明：逆运动学求解得到的关节角序列能够驱动机械臂末端运动到目标位姿，求解过程可靠，验证了算法的有效性；相较现有其它逆运动学求解算法，该算法具有显式数学表达式，进而算法部署成本低。     

钻装机耙渣工作装置运动学仿真分析

讨论了钻装机耙渣工作装置(耙臂)的结构原理,将其作为平面三自由度冗余机械手,通过控制末端执行器(斗齿尖)跟踪规划好的期望轨迹来实现耙渣作业;利用D-H法对耙臂进行了运动学分析,采用MATLAB对耙臂进行运动学仿真计算,对耙臂的工作范围进行分析,为动力学仿真以及自动控制研究奠定了基础,为进一步提高耙渣作业的工作效率提供了数据基础。     

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。     

复杂地质条件煤矿巷道多履带钻锚机器人运动学研究

针对复杂地质条件煤矿巷道存在的掘快支慢难题,提出一种集钻、护、锚于一体的多履带钻锚机器人群。依据巷道支护需求,设计钻锚机器人本体结构、钻机布置以及支护工艺,完成钻锚机器人三维建模;基于D-H法建立钻锚机器人钻机运动学模型,分析并求解顶板钻机与侧帮钻机正运动学解和逆运动学解,仿真得到钻机可支护区域的点状云图、末端运动轨迹等。结果表明顶部与侧帮钻机支护作业中能够避免钻机与机器人本体之间的干涉,实现准确、平稳运动至待支护位置,具有较强的稳定性和可靠性。     

锚杆钻车钻臂工作空间分析及仿真

钻臂的工作空间是衡量钻臂运动能力的一个重要指标。应用D-H法对钻臂进行正运动学分析,并建立钻臂连杆各关节坐标系。基于设计的连杆参数及变量范围,建立钻杆相对于钻臂基座的位姿矩阵。基于蒙特卡洛法分析,利用MATLAB仿真出钻臂工作空间及覆盖面积,通过Robotic toolbox工具对运动学结果进行验证,为后续钻孔规划及结构改进提供基础。     

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。     

含不确定性参数的锚杆钻机机械臂运动学误差分析

矿用锚杆钻机广泛用于井下顶板和侧帮的打孔和支护,极大地缓解了掘锚失调的问题。为此以机械臂为研究对象,对含有不确定性区间参数的机械臂运动学进行了误差分析。由于传统微分法对机械臂运动学误差分析存在很大的局限性,故将Chebyshev扩张函数算法应用在求解含不确定性区间参数的机械臂运动学中。具体方法是采用了扫描法(SAS)、张量积(CTP)、与配点法(CCM)3种代理模型对含有不确定性参数的机械臂运动学正解矩阵进行响应区间的包络研究,3种代理模型在CPU时间消耗上均有所减少。其中配点法(CCM)的优势较为突出,与原始计算方法相比时间消耗减少了97.65%。同时也将理论值和3种区间代理模型计算出的上、下边界响应值进行了对比。结果表明配点法(CCM)、扫描法(SAS)计算出的边界值与理论值更加接近,产生较小范围的误差。最后在样机上对所提算法进行验证,紧密的包裹效果验证了本文提出算法的精度和有效性。其中扫描法(SAS)和配点法(CCM)这两种代理模型在上下边界值的求解中拥有较小的保守估计,张量积法(CTP)代理模型则在局部求解中获得较好的估计。对含有不确定性参数的响应区间研究,成为了预测机械臂空间轨迹跟踪和定位的新方法,确保机械臂的预测误差值最小。同时也为实现机械臂的最优结构的设计和高速、高精度的控制,提供一定的理论指导。     

多自由度自动喷浆机械臂运动分析及路径优化

喷浆支护具有支护强度高、支护成本低等特点,已广泛使用于煤矿井下巷道掘进与支护中。为实现巷道喷浆支护作业全自动化,解决喷浆质量差、生产效率低等问题,设计并实现一种灵活性高的多自由度冗余喷浆机械臂。基于D-H法建立多自由度喷浆机械臂运动学模型,通过正逆运动学分析得到了多自由度机械臂的空间位姿变换矩阵,为喷浆作业自动控制奠定了基础;以受喷面的均匀度为目标,采用环境网格法建立喷浆路径规划模型,对喷浆路径规划进行研究并统计受喷面覆盖程度,分析喷浆直径、喷浆横移距离等运动参数及运动形式对喷浆效果的影响;此外,搭建了多自由度喷浆机械臂控制系统并进行了运动控制试验,以验证自动喷浆机械臂的控制性能。研究结果表明建立的运动学模型可准确描述机械臂空间运动,在运动控制试验中获得的位姿参数θ₁,θ₂与θ₃误差较大,其余误差较小,基本满足控制性能要求;重复喷浆区域集中于喷浆路径相交位置,未喷浆区域存在于喷浆区域的外围,可采用"喷帮"方式对未喷浆区域进行补喷;喷浆直径与喷浆横移距离共同影响着喷浆区域的均匀性,喷浆运动形式从l=D运动变化到l相似文献   

ZZ2-8/100型钻装机可钻凿区域的计算

针对岩巷钻爆法掘进,设计制造了ZZ2-8/100型钻装机,通过简化左右钻臂模型,先计算出左钻臂的最大凿岩曲线,然后根据双臂安装位置尺寸,对称绘制出整个钻装机的可钻凿区域,并找到了双臂干涉区域,为该机使用定义了可应用的断面范围,并为钻装机的设计、制造和工业应用提供参考。     

五节臂机器人结构设计及运动分析

通过MATLAB对机器人手臂进行仿真,研究了机器人手臂在关节空间中的轨迹规划,利用蒙卡洛法仿真得到机械手的工作空间云图,验证了运动学分析的正确性和机器人手臂各个参数及轨迹规划的合理性。说明机器人手臂的各个参数能实现预定的目标,缩短了调试时间,提高了设计效率,为机器人研究提供必要的理论基础。