輕型鑿巖機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及力學(xué)分析與仿真.pdf

1、近年來(lái)，由計(jì)算機(jī)控制的鑿巖機(jī)器人在國(guó)外得到了迅速發(fā)展，國(guó)外已有十多個(gè)國(guó)家進(jìn)行了這方面的研究與開(kāi)發(fā)，我國(guó)鑿巖機(jī)器人的研究尚處于起步階段，但我國(guó)也非常重視對(duì)鑿巖機(jī)器人的研制和開(kāi)發(fā)，它已被國(guó)家863高科技列為特種機(jī)器人專(zhuān)題的重大項(xiàng)目，并且中南工業(yè)大學(xué)對(duì)隧道鑿巖機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了優(yōu)秀成果。實(shí)際應(yīng)用表明它比傳統(tǒng)的隧道開(kāi)挖方法有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)條件

2、等。 我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，各種基本建設(shè)的隧道開(kāi)挖工作量十分浩大，目前國(guó)內(nèi)隧道開(kāi)挖的現(xiàn)代鑿巖鉆孔設(shè)備幾乎都是耗費(fèi)大量外匯進(jìn)口的液壓鑿巖設(shè)備。初步估算，自80年代以來(lái)，以鐵路和水電系統(tǒng)為主進(jìn)口各種液壓鑿巖設(shè)備數(shù)百臺(tái)套，耗資數(shù)億美元。從現(xiàn)在起，屬于我國(guó)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(shè)又將進(jìn)入新的發(fā)展階段，對(duì)這一類(lèi)設(shè)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(yīng)該加快我國(guó)隧道鑿巖機(jī)器

3、人的研制步伐。 本文以ATH12-1F輕型鑿巖機(jī)器人為參考對(duì)象，構(gòu)造了一種新的輕型鑿巖機(jī)器人，對(duì)其主要工作機(jī)構(gòu)——鉆臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，討論了其工作空間和軌跡規(guī)劃問(wèn)題，并對(duì)車(chē)體的穩(wěn)定性作了研究，建立了一個(gè)可視化虛擬仿真平臺(tái)。 在運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，利用標(biāo)準(zhǔn)DenavitHartenberg方法建立該輕型鑿巖機(jī)器人鉆臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，對(duì)該鉆臂機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題、逆問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)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(wèn)題。在靜力學(xué)部分，利用雅可比矩陣推導(dǎo)出靜力學(xué)方程，進(jìn)行正、逆方程的求解，并討論鉆臂機(jī)構(gòu)中重力和外載荷的影響，分析了車(chē)體的穩(wěn)定性問(wèn)題。在動(dòng)力學(xué)部分，利用拉格朗日法解決動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題，即已知各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度(即運(yùn)動(dòng)軌跡)，求各關(guān)節(jié)所需的作用力或力矩。計(jì)算過(guò)程是利用Matlab完成的。 本文用VB軟件建立了一個(gè)可視化的虛擬仿真平臺(tái)，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(gè)虛擬的仿真環(huán)境，通過(guò)對(duì)鉆臂進(jìn)行控制，可以