巷修机器人多功能机械臂结构的设计与仿真

为实现巷修机器人在煤矿井下狭小空间内的巷道修复作业，设计了一种大折展比多功能机械臂，通过3节机械臂折展来适应巷道条件，并完成受限空间内大范围的巷道修复作业。利用三维建模软件辅助设计并建立机械臂模型。为了验证该机械臂结构合理性及工作过程中的安全稳定性，利用三维仿真软件对机械臂模型进行了静力学分析，并对其进行模态分析。分析结果表明：机械臂的强度满足要求；机械臂前6阶模态振幅偏大，需要对其加强设计，以提高其稳定性。     

六自由度机械臂的运动学分析和轨迹规划研究

针对现有六自由度机械臂在完成对目标物体抓取的过程中运动轨迹偏差较大和不平稳的问题,以六自由度机械臂为研究对象,并在SolidWorks平台下建立三维模型。运用D-H法建立运动学模型,完成正运动学分析,并利用数值法确定机械臂在空间中的活动范围。采用五次多项式插值算法对六自由度机械臂的运动轨迹进行规划,并在MATLAB软件环境下仿真得到机械臂末端点从起始点到目标点在空间中沿三坐标轴的位移变化曲线和运动轨迹。研究结果表明,六自由度机械臂机械结构参数设计合理,在两点之间采用五次多项式插值算法对机械臂运动轨迹进行规划,所得运动轨迹曲线连续平滑,没有跳变点,具有一定的应用价值。     

巷道修复机用动臂失效及改进

针对巷道修复机反铲破碎装置动臂在井下频繁工作中易开裂失效的问题,采用有限元分析的方法对动臂结构进行分析,并提出改进方案,解决了动臂失效的问题,获得了良好的使用效果。     

WPZ-45/600L型巷道修复机工作臂设计

根据修复巷道的断面尺寸,确定了巷道修复机工作臂的最大挖掘高度、深度及挖掘距离,并对工作臂油缸及回转减速机进行了选型及参数校核计算。根据工作臂在最大挖掘工况下的受力情况,对动臂、斗杆进行了有限元分析,分析结果表明工作臂结构强度满足要求。     

煤矿轻型协作机械臂路径轨迹规划方法研究

利用五次多项式函数构建机械臂路径轨迹控制点基础位移值,优化轨迹规划控制点的位移浮动值,将机械臂振动最小作为约束条件,结合动力学方程获得机械臂振动量,在此基础上使用自适应调节参数后的改进遗传算法优化,获取具有抑制振动效果的机械臂最佳路径轨迹规划结果。经过模拟实验发现,该方法规划后的机械臂路径轨迹在位移、速度以及加速度方面均具有良好效果,能够有效抑制机械臂振动,实现煤矿环境下,机械臂安全稳定工作。     

多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术

针对煤矿巷道掘进智能化进程中存在的“掘快支慢”难题,总结分析了国内外快速掘进钻锚技术和装备以及类似多任务多机械臂控制技术的研究现状,指出研发具有多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人是破解永久支护难题的重要发展方向。提出了多机械臂多钻机协作的钻锚机器人基本方案,凝练了影响钻锚机器人性能的“有限时空多机械臂与多钻机布局优化、面向装卸任务的机械臂姿态控制、复杂受限空间机械臂最优轨迹规划和多机械臂多钻机智能协同控制”四大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在有限时空约束下钻锚机器人结构布局优化问题,构建了钻锚机器人配置优化模型,提出了时空最优的钻锚机器人多机械臂与多钻机结构布局方案,旨在提高钻锚效率的同时获得最优空间布局;针对机械臂与钻机协同位姿控制问题,提出了基于机器视觉和强化学习的机械臂抓取与布放控制方法,旨在提高机械臂末端位姿控制精度,实现精准装卸物料作业;针对复杂受限空间机械臂最优轨迹规划问题,建立了机械臂多目标轨迹优化模型,提出了基于随机采样与包围盒相结合的机械臂防碰撞轨迹优化方法,旨在保证机械臂在搬运过程中安全、可靠、高效运行;针对钻锚机器人多机械臂与多钻机并行协同控制问题,构...     

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。     

煤矿巷道修复作业机器人作业机构设计与性能分析

针对现有煤矿巷道修复机器人作业机构不够灵活、作业效率低等诸多不足,提出了一种四自由度三节臂的煤矿巷道修复作业机器人作业机构,基于D-H参数法建立了该作业机构的运动学模型,分析了该作业机构的正逆运动学,得到了关节转角与末端位移随时间的变化关系,利用虚拟样机技术和蒙特卡洛法仿真分析了所设计作业机构的作业空间和极限作业尺寸,...     

煤矿巷道修复机工作机构的改进及应用

为降低WPZ-55/50L型煤矿巷道修复机工作机构的工作高度,提高巷道适应性,对现有工作机构进行改进;并对新的动臂、斗杆进行受力分析;采用有限元软件进行强度校核,应力、应变均满足设计要求。应用实践表明,修复机工作机构改进合理、动作连贯,适应巷道高度低,满足煤矿巷道起底要求,为煤矿巷道底板治理提供了可靠的装备保障。     

井下排爆机器人机械臂运动学及工作空间的分析

工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。采用蒙特卡洛法和定步距角步长法分析井下排爆机器人机械臂的工作空间。给出了机械臂的基本结构,并对其运动模型进行简化;对机械臂进行了运动学分析;采用蒙特卡洛法和定步距角步长法分析该机械臂的工作空间,给出了机械臂末端的工作空间点云图。结果表明,排爆机械手工作空间内部工作点密集且分布均匀,能够满足作业要求。蒙特卡洛法求解速度快,能够简单而又形象地描绘出机械手的工作空间。     

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。     

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。     

经济型巷道修复机的研制

随着开采深度增加,现有支护技术水平还不能完全解决巷道变形问题,必须采取修复途径来恢复巷道功能。针对这一现状,研制一种经济型巷道修复机。介绍了该巷道修复机的机械结构总体设计方案及参数、液压系统设计原理等内容,分析了该修复机的性能特点及试验结果,验证了该设备的可靠性与设计参数的合理性。     

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。     

悬梁式推车机的研制与应用

盛泉矿业公司二采区采用矸石充填法控制顶板,卸矸巷是二采区矸石充填转载卸载巷道,在该巷道安装了悬梁式推车机。在距巷道底板1．8m高的地方安设工字钢,将链式推车机安装在工字钢上,悬梁式推车机行程范围内焊接跑道,安设滑板与链条焊接,滑板上安设滑轮和焊接推臂,推臂采用悬臂式,推车时推臂顶推矿车进翻车机卸载。矿车卸载后,翻车机回位,矿车推出翻车机,进入空车道,循环往复进行。     

多功能快换式巷道修复机研制

为了提升煤矿井下巷道修复的作业效率,改善作业环境,降低工人劳动强度,设计研制了一种具有可伸缩式动力臂和快速更换部件技术的多功能巷道修复机,能够在井下快速更换作业部件,从而实现井下巷道起底、破煤、扩帮、搭台、装卸等5个功能,实现了巷道修复的机械化作业。     

巷道修复机工作臂断裂分析及优化

通过有限元分析法对WPZ-37/600煤矿用巷道修复机工作臂(三角臂)结构设计进行分析,并对材料选取、加工工艺、制造过程进行分析,明确三角臂断裂的原因。最后结合结构设计以及加工工艺对其进行了优化和改进,提高了整机工作的可靠性和安全性。     

巷道修复机手动快换装置结构优化设计

为解决巷道修复机多种工作机具的快速更换问题,提高施工效率,通过三维设计软件NX设计开发了一种手动快换装置,根据该快换装置的工作原理建立了偏置曲柄滑块数学仿真模型,并对该结构进行优化设计,得到了快换装置各结构尺寸的最优解,基于向量法建立了快换装置的运动学矩阵方程组,并利用数值仿真软件对该结构进行了运动学分析,得到了套筒扳手和定位块的运动规律曲线,并分析了起始角度和起始位置对定位块行程和周期的影响。现场试验结果显示,该手动快换装置运行连续平稳,无阶跃信号和工作死点,受力简单可靠。研究结果为巷道修复机手动快换装置的应用提供了理论依据。     

全工况模块化巷道修复机的设计研究

针对深部矿井巷道变形严重的现状,设计了WPZ-75/350L型多功能巷道修复机,该机集成了360°回转工作臂,双星轮铲板运输系统,臂载式破碎锤及临时支护系统。主要包含了工作臂、临时支护、电控系统和液压系统等8个组成部分,能够实现失修巷道的破碎、卧底、挖装、刷帮、支护等作业功能,同时也可用于巷道快速掘进施工,具有广泛的适应性。     

基于D-H参数法对矿用车载机械臂的运动学分析

随着煤矿智能化进程的不断推进，煤矿机器人的研发引起了科研人员的关注。由于井下作业空间受限、视线较差，使煤矿机器人的研发受到了制约。针对一种矿用车载机械臂展开分析，利用三维软件构建重载机械臂的三维模型，利用D-H参数法建立机械臂运动学模型，完成了机械臂执行端的运动学推导，然后用Monte Carlo法对车载机械臂模型的运动空间进行求解，为密闭空间内矿用车载机械臂的动力学及运动学分析提供了一定研究依据。