輕型鑿巖機器人運動學及力學分析與仿真.pdf

1、近年來，由計算機控制的鑿巖機器人在國外得到了迅速發(fā)展，國外已有十多個國家進行了這方面的研究與開發(fā)，我國鑿巖機器人的研究尚處于起步階段，但我國也非常重視對鑿巖機器人的研制和開發(fā)，它已被國家863高科技列為特種機器人專題的重大項目，并且中南工業(yè)大學對隧道鑿巖機器人的研究已經(jīng)取得了優(yōu)秀成果。實際應用表明它比傳統(tǒng)的隧道開挖方法有很多明顯的優(yōu)點，比如大幅度提高爆破后斷面的精度，可以有效地控制超、欠挖量，提高爆破效果，提高鑿巖速度，明顯改善勞動條件

2、等。 我國是一個多山的國家，各種基本建設的隧道開挖工作量十分浩大，目前國內(nèi)隧道開挖的現(xiàn)代鑿巖鉆孔設備幾乎都是耗費大量外匯進口的液壓鑿巖設備。初步估算，自80年代以來，以鐵路和水電系統(tǒng)為主進口各種液壓鑿巖設備數(shù)百臺套，耗資數(shù)億美元。從現(xiàn)在起，屬于我國優(yōu)先發(fā)展的交通、能源產(chǎn)業(yè)中的鐵路、高速公路、水電建設又將進入新的發(fā)展階段，對這一類設備的需求也必將逐年增加。因此，為了降低生產(chǎn)成本，提高鑿巖效率，改善作業(yè)環(huán)境，應該加快我國隧道鑿巖機器

3、人的研制步伐。 本文以ATH12-1F輕型鑿巖機器人為參考對象，構(gòu)造了一種新的輕型鑿巖機器人，對其主要工作機構(gòu)——鉆臂進行了運動學、靜力學及動力學分析，討論了其工作空間和軌跡規(guī)劃問題，并對車體的穩(wěn)定性作了研究，建立了一個可視化虛擬仿真平臺。 在運動學部分，利用標準DenavitHartenberg方法建立該輕型鑿巖機器人鉆臂的運動學方程，對該鉆臂機構(gòu)的運動學正問題、逆問題進行詳細研究，并在此基礎(chǔ)上探討該鉆臂的工作空間和軌

4、跡規(guī)劃問題。在靜力學部分，利用雅可比矩陣推導出靜力學方程，進行正、逆方程的求解，并討論鉆臂機構(gòu)中重力和外載荷的影響，分析了車體的穩(wěn)定性問題。在動力學部分，利用拉格朗日法解決動力學逆問題，即已知各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度(即運動軌跡)，求各關(guān)節(jié)所需的作用力或力矩。計算過程是利用Matlab完成的。 本文用VB軟件建立了一個可視化的虛擬仿真平臺，為研究鉆臂的各種控制方案和路徑規(guī)劃方案提供了一個虛擬的仿真環(huán)境，通過對鉆臂進行控制，可以