小型巖孔檢測(cè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)基礎(chǔ)工程建設(shè)和自然資源開發(fā)正在以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了大量的深部巷道和隧洞。由于對(duì)深部巷道和隧洞開發(fā)技術(shù)不夠成熟，近年來(lái)出現(xiàn)了大量巖爆事件，因此設(shè)計(jì)研發(fā)動(dòng)力災(zāi)害物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)勢(shì)在必行。本課題研究的小型巖孔檢測(cè)機(jī)器人是動(dòng)力災(zāi)害物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)和測(cè)試系統(tǒng)的主要部分，通過對(duì)巖孔內(nèi)破裂面演化和微破變演化信息的反饋，完成對(duì)開挖巖孔的檢測(cè)任務(wù)。
　　本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外管道檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)和管

2、道檢測(cè)方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研成果以及技術(shù)手段，結(jié)合課題要求，提出了小型巖孔檢測(cè)機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案，包括機(jī)器人系統(tǒng)方案選擇、系統(tǒng)組成與功能確定以及機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)方案的選擇與設(shè)計(jì)，通過求解力學(xué)特性方程的方式對(duì)預(yù)緊變徑機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行了計(jì)算選型。
　　其次，對(duì)預(yù)緊變徑機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、死點(diǎn)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、支撐力分析和變徑范圍分析。利用ANSYS軟件對(duì)電機(jī)連接軸進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力模

3、態(tài)分析。利用ADAMS軟件對(duì)彈簧預(yù)緊變徑機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真研究，包括變徑范圍仿真、彈簧形變量仿真以及輪腿關(guān)節(jié)仿真。分析結(jié)果表明：電機(jī)連接軸和預(yù)緊變徑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)均符合技術(shù)要求。
　　然后，對(duì)實(shí)際工作過程中的機(jī)器人進(jìn)行了整體動(dòng)力學(xué)分析，包括線纜拖動(dòng)力計(jì)算、牽引力分析、姿態(tài)角分析、爬坡分析和越障分析，并根據(jù)受限力學(xué)理論對(duì)小型巖孔檢測(cè)機(jī)器人在巖孔內(nèi)移動(dòng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力且機(jī)器人在巖孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)