薄窄礦體開采機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用及需求量越來越大，然而礦產(chǎn)資源是不可再生資源，適用大規(guī)模開采的礦床越來越少。因此為了滿足社會生產(chǎn)需求，對一直以來認(rèn)為沒有開采價(jià)值的薄窄礦體（其分布薄且窄、稀散、規(guī)模?。┘右蚤_發(fā)利用非常必要。但到目前為止，對此類礦體的低成本高效開采技術(shù)及裝備尚未見研究，如果仍采用傳統(tǒng)的方法開采此類礦體，不但耗費(fèi)大量的人力物力，而且對周邊環(huán)境影響大。
　　針對上述問題，本文以薄窄礦體的低成本開采為目標(biāo)，

2、分析了其技術(shù)可行性，構(gòu)建了相應(yīng)的開采方案；研發(fā)了一種集自主掘進(jìn)、導(dǎo)航和在線識別掘進(jìn)路徑于一體的薄窄礦體開采機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了低成本、安全、高效、綠色開采。本文的主要研究工作和結(jié)論如下：
　　（1）依據(jù)地質(zhì)勘查資料，分析了薄窄礦體賦存特征和分布狀況，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的低成本開采工藝方案；借鑒非開挖技術(shù)、蚯蚓步進(jìn)式移動機(jī)理，研究了薄窄礦體開采機(jī)器人的總體方案。
　?。?）利用系統(tǒng)化和模塊化設(shè)計(jì)方法，對開采機(jī)器人的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，

3、并應(yīng)用SolidWorks軟件建立了該開采機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型；采用ANSYS Workbench對開采機(jī)器人的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了有限元分析，提高了開采過程中的穩(wěn)定性與可靠性。
　　（3）通過對多種位姿檢測方法的分析，建立了在復(fù)雜地質(zhì)條件下開采機(jī)器人的位姿檢測系統(tǒng)方案，該方案能有效地提高系統(tǒng)的精度與可靠性；根據(jù)位姿檢測結(jié)果，基于D-H矩陣確定了開采機(jī)器人的實(shí)時(shí)位姿；按照地質(zhì)勘探確定的開采路徑，研究了開采機(jī)器人掘進(jìn)路徑跟蹤，設(shè)計(jì)了模糊

4、PID控制算法，并在MATLAB/SIMULINK環(huán)境中進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果表明在直線路徑和曲線路徑下都有較好的跟蹤效果。
　　（4）在分析開采機(jī)器人作業(yè)流程的基礎(chǔ)上，確定了開采機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能需求；選用西門子PLC，設(shè)計(jì)了開采機(jī)器人掘進(jìn)控制系統(tǒng)，并采用EB8000組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了開采機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面。
　　本文研究的開采機(jī)器人能低成本高效開采規(guī)模小、厚度薄、分布稀散、地質(zhì)復(fù)雜的薄窄礦體，對提高礦產(chǎn)資源回收利用率