穿地龙机器人转向机构设计与校核

通过对国内外非开挖技术中的方向可控气动冲击矛转向机理的研究,提出了穿地龙机器人转向机构的设计方案,运用有限元计算方法校核了机器人头部和转向机构关键零部件的强度,理论与实验分析和校核结果表明了该转向机构设计的可行性。研究结果可为穿地龙机器人的总体设计提供参考。

穿地龙机器人气动冲击机构的分析与优化设计

通过对穿地龙机器人作业方式与轨迹可控冲击矛作业方式的简要比较,确定了穿地龙机器人的气动冲击机构,建立了数学模型,对其运动过程进行了数值模拟求解;分析了活塞各段位移与质量对输出参数———冲击能、振动频率、冲击速度、回撞速度的影响,指出参数之间相互联系、相互制约的关系;以冲击活塞行程为目标函数进行了冲击机构的优化设计,得到了优化设计参数;进行了冲击机构冲击力、振动频率等性能参数的测试试验,验证了优化设计结果的合理性。

基于PWM高速开关阀控制的穿地龙机器人液压驱动系统的研究

介绍了穿地龙机器人的总体设计方案,进行了基于PWM高速开关阀控制的液压驱动系统的设计,建立了数学模型,进行了系统的动态响应仿真与分析,得出此液压系统能够保证冲击活塞以可以调整的冲击频率与冲击能进行稳定振动的结论。

穿地龙机器人气动冲击机构动密封的研究

介绍了穿地龙机器人气动冲击机构动密封的组成,分别对其梯形沟槽迷宫与活塞环密封方式进行了研究,确定了具体设计参数。经实际检验,采用这种密封能够有效阻止气体的泄漏,使冲击机构在较小的气压(≥0.4 MPa)下任意地起动并形成稳定的振动,保证了机器人前进所需的驱动力,并使得机器人的穿孔作业操作方便、灵活。

穿地龙机器人液压冲击本体的技术研究

介绍了穿地龙机器人液压冲击本体机构与系统组成,阐述了工作原理,设计了单片机控制的高速开关阀系统,建立了液压冲击本体的数学模型,初步确定了冲击本体的结构参数,为样机的制造打下了基础。

基于气动的穿地龙机器人的研制

通过穿地龙机器人液压与气压传动方案的简要比较,确定穿地龙机器人的研制采用气动方案。介绍了机器人本体结构,以活塞行程最短为目标函数进行了冲击机构的优化设计,采用牙形离合器与双活塞式气缸结构进行转向机构的设计。采用二级计算机控制系统实现机器人穿孔作业的自动控制。最后,进行了穿地龙机器人样机的加工制造与实验。实验结果表明:样机基本上达到了设计技术指标。

穿地龙机器人轨迹规划及其运动过程仿真研究

以建立的"穿地龙"机器人轨迹规划数学模型为计算机仿真模型,对"穿地龙"机器人工作时的运动过程进行了计算机仿真研究,编制了大量仿真程序,获得了较好的仿真结果.通过运行仿真程序,可以在计算机上直接观察到"穿地龙"机器人运动的过程.进行"穿地龙"机器人运动学、动力学仿真,该研究工作为改进"穿地龙"机器人试验样机设计,并为设计"穿地龙"机器人工作用机和进行"穿地龙"机器人的应用分析提供了一定的条件.

穿地龙机器人液压冲击与转向机构研究

针对国内外已有非开挖技术中的方向可控气动冲击矛能源消耗率高的问题,设计了一种新型的穿地龙机器人冲击与转向机构,研究穿地龙机器人在非开挖状态下的地下穿孔工作机理。制定了差动式液压缸作为动力源的冲击方案,用以完成同一动力源对机器人在直线穿孔作业和曲线穿孔工作两种状态下转向的驱动功能,保证穿地龙机器人的工作质量,增强机器人运行整体协调性。此结构的设计具有创新性,为非开挖技术提供了新的设备支持。

穿地龙机器人

项目来源 本项目来源于黑龙江省科技重点攻关项目——穿地龙机器人样机研制，（项目编号：20010101005－00）。该项目以前期国家自然科学基金（69885003）及黑龙江省自然科学基金资助的“基于蠕动原理的拱泥机器人技术研究”为基础，针对目前应用非开挖技术进行地下管线铺设的现状开展的。穿地龙机器人是能在土中爬行穿孔的特种机器人，它主要能够实现PE或PVC管、电缆、光缆等小直径管线的地下非开挖铺设。

“穿地龙”机器人气动冲击机构的研究

通过对“穿地龙”机器人冲击机构工作原理的分析 ,建立了冲击机构的数学模型 ,分析了冲击能、冲击速度与活塞行程的关系 ,确定了冲击机构的配气长度 。

基于转向机构的“穿地龙”机器人运动学研究

介绍了国外有代表性的可控气动矛设备方向可控的特点.按照“穿地龙”机器人的转向机理,提出了“穿地龙”机器人的转向机构方案.叙述了该机构中头部的摆动原理,建立了“穿地龙”机器人的运动轨迹方程,并进行了仿真分析,为“穿地龙”机器人的动力学分析以及位姿检测系统的研究打下了基础.

“穿地龙”机器人的控制系统研究

介绍了“穿地龙”机器人的用途和工作原理。从机器人的姿态检测、控制等几个方面进行了机器人控制系统的软硬件设计。实验结果验证了“穿地龙”机器人总体方案和控制系统方案的可行性,同时也为改进“穿地龙”机器人试验样机的设计打下了一定的基础,并为设计“穿地龙”机器人工作用机和进行“穿地龙”机器人的应用分析提供了条件。目前已完成了实验样机的研制。

“穿地龙”机器人转向机构方案设计与研究

“穿地龙”机器人是一种特种机器人,理想状态下可在土中克服阻力自主行走,由于吸收了非开挖施工中气动冲击矛的设备简单、操作方便、投资较小和施工成本低等优点,再加之高可靠性、高智能型、自适应性强等机器人思想的设计长处于一体,将大大提高非开挖施工的技术水平.文中通过对国内外非开挖技术中的方向可控气动冲击矛转向机理的研究,提出了“穿地龙”机器人转向机构的设计方案,包括转向机构设计、液压控制系统.从理论上分析了该方案的可行性,运用有限元计算方法校核了机器人头部和转向机构关键零部件的强度,并对机器人头部进行了运动学仿真,为“穿地龙”机器人的转向进而实现方向可控提供了参考.

“穿地龙”机器人及其位姿检测系统的研究

在讨论了“穿地龙”机器人的结构和工作原理的基础上,提出“自主式”机器人位姿检测的方法,并建立了机器人位姿检测的软硬件系统,推导了机器人在土中位姿计算的数学模型。土中穿孔实验证明这种位姿检测的方法可准确、方便、可靠地检测机器人位姿,这对“穿地龙”机器人工况条件下的实际轨迹控制和进行“穿地龙”机器人的应用分析打下了一定的理论基础。

模糊控制器在“穿地龙”机器人控制中的应用

"穿地龙"机器人在地下穿孔作业过程中会受到诸多因素的影响,是一个非线性的复杂系统。采用参数自调整模糊控制算法设计了位置模糊控制器,实现了机器人按目标轨迹运动等功能,保证了机器人具有良好的姿态调节能力。轨迹测试结果表明:设计的控制器具有良好的鲁棒性,可以保证机器人在土中按照预定的轨迹行走,完成穿孔作业任务。

“穿地龙”机器人转向机构虚拟样机研究

“穿地龙”机器人是一种特种机器人,主要由锥形头部、转向机构、冲击装置三部件组成,能够实现PE或PVC管、电缆、光缆等中、小直径管线的地下非开挖铺设,有广泛的应用前景和开发价值。文中介绍了“穿地龙”机器人的转向机构,叙述了该机构中头部的摆动原理,建立了头部质心的运动方程,并运用虚拟样机技术对转向机构进行了虚拟装配和对头部质心的运动进行了仿真研究,可得出虚拟装配无干涉和可实现头部质心的各种位姿变化,验证了该转向机构的可靠性,可为“穿地龙”机器人的总体设计提供参考。

“穿地龙”机器人的设计与综合

介绍了具有非开挖技术的特种作业机器人“穿地龙”机器人系统的设计。该机器人系统主要包括:空心钻头、转向机构、测试系统、控制系统和冲击装置,它集成了非开挖技术中气动冲击矛的优点,加上机器人的设计思想于一身,可提高非开挖的技术水平。详细地叙述了“穿地龙”机器人的工作原理以及土中的轨迹规划问题,并进行了规划仿真研究,通过“穿地龙”机器人的穿孔实验验证了仿真结果的可靠性,为“穿地龙”机器人的工程化应用提供了理论参考。

“穿地龙”机器人总体方案分析与研究

通过对国内外地下管线非开挖技术发展的分析,设计了应用于中、小管线铺设的"穿地龙"机器人.根据总体方案的要求,确定由气动二冲击机构、转向机构测试部件组成的本体方案,分析锥形钻头的旋转空间,针对机器人在土中的实际运行,确定机器人位置姿态、温度及压力等物理量的测量方案,最后,采用微机操作实现自动控制.

“穿地龙”机器人气动冲击头性能测试系统的研究

以“穿地龙”机器人的气动冲击头为背景 ,研究了其性能测试系统建立过程中的几个关键问题 ,同时设计了采样系统的硬件电路 ,编制了相关的计算机程序 ,获得了较理想的测试结果 ,为进一步进行机器人研究工作提供了新的条件。

“穿地龙”机器人地下作业轨迹规划及范围研究

为对"穿地龙"机器人的轨迹进行仿真,推导出"穿地龙"机器人运动轨迹的坐标公式,建立了"穿地龙"机器人运动轨迹的数学模型;在轨迹规划的基础上进行有限元分析,研究了"穿地龙"机器人进行打孔作业时的波及范围,确定了地下作业对周边的影响,对实际施工中轨迹的控制和躲避障碍物的规划奠定了基础。