复杂地质条件矿用自行走式掘进机器人自适应避障研究

针对因复杂地质环境障碍物较多,导致避障难度大的问题,以矿用自行走式掘进机器人为研究对象,提出基于人工势场的机器人自适应避障方法。以最快前进速度和目标方向统一保持度作为映射条件建立目标函数。利用蚁群算法获取掘进机器人与目标位置的最短距离。将复杂地质环境中的障碍物看作一个质点,并确定质点影响范围。计算质点坐标并查找距离其最近的目标点,添加子目标,使机器人到达质点影响范围内时快速以子目标为前进方向,实现自适应避障。实验结果表明,所提方法在复杂地质环境中的避障精准度较高、效果表现较佳。

自行走式地下掘进机器人姿态测量系统的设计

针对当前自行走式地下掘进机器人姿态测量方法只能应用于静态测量的不足,提出一种可实时动态测量机器人行进过程中姿态的新方法。该系统的核心是两个激光发射器和多个激光接收器。发射器发射三束带有一定特征信息的激光,包括一束选通光和两束扇形光。接收器接收到光束后,利用光束之间的几何关系、发射器的旋转速度和光束被接收的时间差来计算接收器相对于两发射器所在水平面的水平角和俯仰角,通过前方交会原理确定接收器即目标点的空间坐标。根据系统的测量原理建立测量模型,进行误差分析,建立误差模型,并对其进行仿真,与惯性导航测量误差进行比较。仿真结果表明该方法测量精度满足机器人位姿的测量要求。

自行走地下掘进机器人导向系统的测量方法

针对目前自行走掘进机器人姿态测量设备只能依靠人工操作,无法连续、实时动态测量的缺点,基于三点法姿态测量,提出了一种多目标点的自动测量方法.该方法采用激光发射模块与接收模块,利用前方交会原理,通过测量多点坐标完成机器人的姿态测量;介绍了测量装置的总体架构和硬件设计方案,并对测量误差进行了分析;同时采用卡尔曼滤波算法对测量坐标进行预测补偿,提高了测量精度.仿真结果表明:这种测量装置可以提高系统的实时性,且数据处理方法对系统噪声和量测噪声有抑制作用.

自行走式掘进机整体设计

针对顶管及盾构施工方法存在的部分缺点,对自行走式掘进机的机械结构进行了整体设计,并对掘进机的工作流程进行了合理规划,确定了其基于主要信息数据库的智能控制系统模式。根据掘进机的电气元件布局特点,确定了分布式、主从式的掘进机自行走式整体控制方法。

自行走式地下管道掘进机工业样机试验

针对目前地下管线施工工艺所存在的问题,设计制造一种全新的地下管线施工技术设备——自行走式地下管道掘进机,该机主要依靠机器外侧增阻装置与土体啮合来提供掘进机行进的反力,并依靠机器内部液压缸伸缩来实现掘进机的自行走。主要介绍了这种机器的半工业样机构造原理以及现场试验的情况,证明自行走式掘进机原理的可行性。

自行走式掘进机增阻力与增阻块撑出面积关系研究

自行走式隧道掘进机是一种新研发的非开挖技术装备,其克服了盾构和顶管长距离施工受限和急转弯不够灵活的缺点。为设计和制造自行走式掘进机应用型工业样机提供参数支持,通过设计和加工小型样机,先后进行模型试验和现场试验,得出增阻块提供的推力与增阻块撑出时在管轴垂直方向的投影面积为近似正比例关系。

隧道自行走式掘进机周围土压力试验研究

通过对土中隧道自行走式工程的现场试验,得到了掘进机施工对周围土压力的影响,从中得出了掘进机对土体扰动的大小及其扰动范围的规律。为以后再进行实验提供依据。

自行走式隧道施工中装配式塑料管道合理支护形式试验研究

采用装配式塑料管道为新型自行走式隧(管)道施工提供配套支护技术,需要研究管道的支护强度、管道变形等相关参数。将整体聚乙烯(PE)中空壁缠绕管沿管壁轴向切割成片,再焊接拼装成环。选择管道周向的分片数目和拼装角度作为试验的2个因素,采用双因素实验方法,并参考管道环刚度测试方法,在环刚度试验机上对分片拼装后的管道进行承压实验。以塑料管道在径向变形最大达到15%时的承载力为承载极限,经对实验结果分析后选出合理的管道拼装分片数目和角度。结果表明,拼装角度对强度的影响最为显著,分片数目次之。合理支护形式为:管道周向均分成4片,并将4条分割缝分别置于与水平和铅垂方向旋转45°的位置。

自行走式隧道施工中装配式塑料管道连接方式试验及模拟研究

基于优选出的装配式塑料管道的拼装形式,选用钢板螺栓连接管片形成装配式塑料管道,研究此连接形成管道的支护强度、管道变形等相关参数,为新型自行走式隧(管)道施工提供配套支护技术。选择钢板厚度和螺栓的拧紧扭矩作为试验的2个因素,在环刚度试验机上对分片拼装后的管道进行承压试验。以塑料管道在径向变形达到15%时的承载力作为承载极限,经对试验结果分析后选出最佳的钢板厚度和螺栓扭矩。结果表明,以拼接缝与铅垂线成45°的圆周4片拼装形式,3 mm厚的钢板配合10 N.m的螺栓预紧力,可使其承压能力较整体式管道有一定提高。应用ABAQUS软件对该连接方式进行建模,定性分析得出,聚乙烯(PE)中空壁缠绕管采用3 mm钢板连接后的承压反力高于采用4 mm钢板连接的承压反力,从而也验证了试验结论。

土中无轴宽型螺旋带现场拉力试验研究

针对在土中隧道掘进机前方布置多个无轴宽型螺旋器向土中旋入,螺旋旋入后产生的牵拉力使整个掘进机前行的原理,制作了采用无轴宽型螺旋带方式牵拉前行的土中自行走式隧道掘进机,并进行了现场拉力试验研究。通过理论分析计算,参照前期小型螺旋试验结果,通过在现场的掘进样机的牵拉试验,分析并得出了无轴宽型螺旋带在掘进样机前行中可提供的拉力,为螺旋牵拉结构的选型和自行走式隧道掘进机的进一步开发和应用提供参考依据。