适用于机器换刀的一体式刀座结构的承载性能

为了提高一体式刀座系统的承载性能,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对一体式刀座系统受载状态进行分析.结合滚刀的自动拆装过程,研究一体式刀座系统各结构参数间的联动关系及不同结构参数对其承载性能的影响.基于正交试验权矩阵分析法,对显著影响一体式刀座系统承载性能的结构参数进行优化.结果表明,正交试验各因素对一体式刀座系统承载性能的影响程度从大到小依次为:转动块颈部圆角半径、转动块宽度、刀轴与转动块转轴竖直距离.得到一体式刀座系统综合性能最优方案为:转动块宽度107.5 mm,转动块颈部圆角半径60.0 mm,刀轴与转动块转轴竖直距离97.5 mm.优化方案较原始方案整体最大变形降低了11.31%,端盖最大应力降低了34.07%,转动块最大应力降低了41.01%.

基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统

为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并利用虚拟现实技术提高系统沉浸性和可交互性。同时,针对有限元仿真软件获取力学数据的方式耗时较长、难以满足监控系统实时性要求的问题,构建了基于BP神经网络的换刀机器人力学数据监测模型,可快速获取末端执行器的应力和形变数据以保证系统安全性。最后,开发了盾构机换刀机器人数字孪生监控系统原型样机,验证了所提监控系统的有效性和可行性。

基于时间冲击最优的TBM换刀机器人轨迹规划

为了提高隧道掘进机(TBM)换刀机器人的工作效率,减小换刀过程中的运动冲击,提出基于改进型粒子群优化(PSO)算法的轨迹优化方法.采用位姿分离法与关节变量最小策略,对冗余关节机器人进行运动学分析.利用所求的逆解,将目标轨迹由笛卡尔空间映射到关节空间.针对每个关节使用5次NURBS曲线构造冲击连续的关节轨迹,以时间冲击最优构造目标函数,采用改进型PSO算法求解出最优时间序列,完成对轨迹的优化.通过对特定的换刀任务进行轨迹规划,得到各关节的优化轨迹.优化结果表明,提出的轨迹规划方法可以为换刀机器人各关节提供理想的轨迹,具有较强的轨迹跟踪能力.利用5次NURBS插值法与改进型PSO优化算法,可以保证轨迹的时间最短与冲击最小,提高了运行的效率与平稳性.

适用于狭小空间的盾构机换刀机器人设计与分析

针对盾构法施工过程中人工换刀效率低、危险性大、成本高的问题,提出一种基于机器人作业的自动化换刀方案。首先,分析换刀机器人作业环境和功能需求,设计一种新型8自由度机器人结构,并基于静力学计算和仿真,验证机器人整体结构的强度和刚度满足设计要求;然后,基于D-H参数法建立机器人连杆坐标系,获得换刀机器人正运动学模型,基于位姿分离方法、迭代法和最短行程原则获得该8自由度机器人最优逆解;其次,为避免机器人换刀作业过程的冲击,采用5次多项式进行换刀机器人轨迹规划;最后,搭建换刀机器人仿真平台,并进行机器人逆运动学算法验证、工作空间计算和运动轨迹仿真。结果表明:所提逆运动学算法的误差优于10×10^(-6),精度较高,满足换刀精度要求;换刀机器人实现某一开挖直径8960 mm土压平衡盾构机87.6%的刀盘覆盖率和82.1%滚刀的更换,满足换刀范围要求;基于5次多项式轨迹规划算法,各关节运动平稳、无冲击,机器人出舱时间为70 s,作业过程未与舱体发生碰撞,验证了方案的可行性,并为换刀机器人智能控制奠定基础。

盾构机换刀机器人路径规划研究

为实现作业环境结构复杂、干涉多、视野受限工况下换刀作业的自动化,进行换刀机器人路径规划研究。首先,提出机器人换刀方案和机器人本体机构,对换刀机器人路径规划问题进行描述;其次,建立机器人数学模型、目标位姿计算方法;随后,提出基于距离判断的碰撞检测方法、目标导向约束下的随机点生成策略、冗余路径点删除策略、B样条曲线路径平滑处理策略,实现路径的优化;最后,搭建换刀机器人仿真平台,并进行仿真分析,结果验证了所提方法的有效性。

FMS换刀机器人在、离线状态监测和故障诊断集成系统研究

本文提出了一种FMS换刀机器人在、离线集成状态监控和故障诊断的总体结构方案 ;研究了监控计算机和精密诊断系统之间的串行通信和实时监控与诊断信息的传输方式 ,建立了FMS设备故障的实时显示。

基于混合样条曲线的换刀机器人换刀轨迹规划研究

为研究换刀机器人能沿特定路线平稳运动的问题,对机器人模型进行运动学分析和轨迹规划.利用旋量理论推导出机器人的运动学模型,结合蒙特卡洛法仿真得到了机器人末端工作空间的分布情况.提出一种多节点多样条曲线运动的轨迹规划方法,以关节位移、角速度和角加速度为评价指标,分别采用3-3-3,5-5-5和4-5-5样条曲线进行了轨迹规划.样机平台试验表明,4-5-5混合多项式可以得到较平稳的加速度变化曲线,有效解决了加速度发生阶跃和突变过大的现象.以上研究为机械臂复杂换刀路径的轨迹规划提供了基础.

盾构换刀机器人储存舱闸门密封特性研究

【目的】为保证高压环境下盾构换刀机器人在储存舱内安全密封保存,开展盾构换刀机器人储存舱闸门的密封特性研究。【方法】通过揭示某型号储存舱闸门的结构特点和密封机理,建立闸门密封件在介质压力作用下的仿真分析模型,分析介质压力作用下应力分布以及各接触面最大接触应力值,探究初始压缩量、流体介质压力及材料硬度对闸门密封件密封性能的影响。【结果】在0~2.0 MPa的介质压力范围内,初始压缩量及材料硬度对密封件密封性能的影响较大。以密封件最大接触应力、最小Von-Mises应力为优化目标,采用响应曲面法对密封件进行参数优化设计,得到邵氏A型硬度80、初始压缩量1.0 mm的密封件可以满足0~2.0 MPa介质压力下的密封要求。【结论】通过密封性能测试试验,验证了闸门在低压(0.6 MPa)和高压(1.2 MPa)工况下良好的密封性能。可为泥水盾构换刀机器人储存舱闸门的密封件选型提供指导。

基于模糊层次分析法-熵权法-博弈论的换刀机器人安全性评估

盾构机在掘进过程中,其刀盘上的滚刀会不可避免地受到磨损破坏,目前人工换刀难度大,危险性高,因此采用换刀机器人代替人工更换滚刀是目前盾构机换刀技术一新的发展方向。但换刀机器人换刀流程复杂,换刀作业安全性受到众多因素影响,为直观体现机器人换刀过程中的安全程度,通过分析换刀机器人换刀流程,建立换刀机器人换刀安全评价体系。采用模糊层次分析法、熵权法分别对评价体系中各指标进行权重计算,并利用博弈论对权重计算结果进行优化,得到各指标最优权重。通过模糊综合评价与定级模型综合考虑风险发生概率与事故发生后果严重性来计算各项指标安全值,完成对各项指标的安全性评价。基于评价结果,针对机器人换刀过程中安全评价低的指标,提出相应的改进方法,从而提高盾构机内自动换刀作业安全性,使换刀机器人尽快应用于实际工程中。

FMS中换刀机器人运动控制系统的实现研究

结合 FMS实际需求 ,介绍了换刀机器人控制系统的体系结构、系统组成及工作方式 ,详细说明了示教、再现及伺服控制的实现 ,在

基于机器操作的TBM一体化刀具系统设计及试验研究

为实现TBM换刀机器人对刀具系统的快速拆卸,提出一种基于机器操作的TBM一体化刀具系统。针对其应用场景及对象,提出6项性能评价指标,并进行分析。最后按照1∶4的缩尺比例对传统刀具系统及一体式刀具系统进行振动紧固性试验。试验结果显示:经过20 h加速度为3g、振动频率为30 Hz的振动试验后,传统刀具残余预紧力百分比下降幅度是一体化刀具系统的2.31倍,一体式刀具系统的防松性能优于传统刀具系统,所提出的新型一体式刀具系统能够满足TBM换刀机器人的要求。

FMS 机器人的实时状态监测与故障诊断研究

介绍ＦＭＳ换刀机器人的实时状态监测与故障诊断系统的研究，其中包括监测诊断系统的总体结构，信号拾取，信号异常检测方法和故障智能化识别、综合决策策略，初步实验证明该方法快速可靠。

TBM换刀机器人的设计分析与运动控制

针对全断面岩石隧道掘进机(TBM)施工过程中滚刀频繁失效、换刀空间狭小及人工作业困难等问题,提出一种6自由度换刀机器人,并进行换刀范围分析、关节轨迹规划及运动控制仿真.首先,基于Denavit-Hartenberg(D-H)法建立运动学模型,采用蒙特卡洛伪随机法求解末端执行器工作空间,并针对TBM刀盘实例计算机器人换刀范围;其次,通过基于多段中间点的五次多项式插值法进行换刀机器人轨迹规划,求解各关节运动参数;最后,以规划轨迹为输入参数进行运动控制仿真.结果表明:TBM整盘滚刀的总换刀率可达84.9%;规划轨迹下的各关节运动过程没有刚性与柔性冲击;移动关节的运动控制最大误差区间为[-0.005m, 0.005m],相对误差为0.46%,转动关节最大误差区间为[-0.35°,0.35°],相对误差仅0.19%,定位精度良好.研究成果可为TBM换刀机器人智能控制研究与工程现场应用提供借鉴.

Galil运动控制器在FMS换刀机器人中的应用

介绍了DMC1842 4轴运动控制器的主要功能,结合FMS换刀机器人控制需求实例介绍其应用方案,重点探讨了控制器在使用过程中的关键技术-PID参数的整定方法,并利用WSDK软件对系统的稳定性进行了评价。