煤矿用钻孔机器人钻臂定位误差补偿研究

目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻臂运动学模型;通过对加工误差、机身变形、装配间隙等影响因素分析,发现采用回转减速器蜗轮蜗杆结构间隙会引起倾角和方位角误差放大,并在机身平时会引起倾角和方位角误差最大达0.85°;为消除误差,首先采用传统钻臂运动学误差补偿方法建立了钻臂静、动态误差补偿模型,利用全站仪测试关节间隙和变形量,基于补偿模型和RBF神经网络法求逆解得到误差补偿量,钻臂期望位姿与实际位姿误差的x方向平均误差为9.6 mm,y方向平均误差为18.2 mm,z方向平均误差为16 mm,满足工程应用要求;其次为解决传统全站仪试验测量的方法的复杂性和非实时性问题,提出了一种通过激光测距仪和高精度开孔定向仪组合获得位姿误差检测的方法,通过测距实时计算实际和理论倾角、方位角差值,作为误差补偿后的新倾角和方位角的控制输入量,对钻臂进行实时误差检测与补偿;最后利用传统全站仪精度检测方法对激光测距组合位姿误差补偿模型进行验证。试验表明:激光测距组合定位误差检测法最大误差差值在±0.5°以内,方位角最大误差在±0.5°以内,比未采用误差补偿前分别提高了41.1%和37.5%,满足了钻孔机器人开孔定位误差要求。在煤炭行业开展了钻孔机器人钻臂在线精确定位与误差补偿研究,对钻孔机器人精确自动开孔定位及孔群全自动施工具有重要的借鉴和指导意义。

锚杆钻车钻臂定位控制方法

目前常用代数法和几何法实现锚杆钻车钻臂定位控制,存在效率低、有无解或多解情况、通用性差等问题。采用粒子群优化(PSO)算法进行机械臂定位控制具有编程简单、搜索性能强、容错性好等优势,但易陷入局部最优解。目前基于改进PSO算法的机械臂定位控制整体寻优效率较低,寻优时间过长。针对上述问题,在精英反向粒子群优化(EOPSO)算法基础上,引入混沌初始化、交叉操作、变异操作和极值扰动,设计了混沌交叉精英变异反向粒子群优化(CEMOPSO)算法。采用标准测试函数对PSO算法、EOPSO算法、交叉精英反向粒子群优化(CEOPSO)算法、CEMOPSO算法进行测试,结果表明CEMOPSO算法的稳定性、精度、收敛速度最优。建立了锚杆钻车钻臂运动模型,采用CEMOPSO算法进行钻臂定位控制,并在Matlab软件中对控制性能进行仿真研究,结果表明:在相同的迭代次数和误差精度约束条件下,采用CEMOPSO算法时钻臂位置误差和姿态误差从迭代初期即具有极快的收敛速度,且位置误差和姿态误差均小于其他3种算法,误差曲线较平稳,最大位置误差为0.005 m,最大姿态误差为0.005 rad;设定位置误差为1 mm、姿态误差为0.01 rad时,CEMOPSO算法的平均迭代次数为343,位置误差为0.1 mm、姿态误差为0.001 rad时平均迭代次数为473,在相同的定位精度条件下,CEMOPSO算法的收敛速度和稳定性优于其他3种算法,满足工程应用要求,且求解精度越高,其优越性越突出。

计算机控制凿岩钻车钻臂定位控制方案研究

与普通凿岩设备相比 ,计算机控制凿岩钻车可获得精确的断面轮廓 ,减少超挖 ,其关键在于计算机控制凿岩钻车钻臂可实现精确定位。本文提出了计算机控制凿岩钻车钻臂定位的一种具体控制方案。

双三角钻臂的定位控制及仿真

推导双三角机械臂的关节变量到支臂油缸长度计算的增量公式,运用该式提出一种新的钻臂定位的控制系统结构,即直接以关节变量(而不是油缸长度)为目标的闭环控制系统。在MATLAB环境下对以上算式及控制系统结构进行仿真验证。先在ADAMS中建立双三角臂的动力学模型,然后将该模型导出成为MATLAB.m计算模型,最后在MATLAB中实现钻臂定位的闭环控制系统仿真。针对某实际钻臂的仿真结果表明,增量算式尽管是在微变情况下推导的,在偏差较大的范围内应用时其计算误差对定位过程影响不大,体现在钻臂轨迹于隧道断面的投影不是直线,同时不会影响最终的控制精度,可以用于实际控制。

基于RBF神经网络的七自由度凿岩台车钻臂运动学研究

运动学研究是凿岩台车钻臂定位控制的前提,由于七自由度凿岩台车钻臂结构不满足Pieper准则,采用解析法、数值法无法获得其有效的运动学模型,针对这一问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的钻臂逆运动学求解方法。首先,基于凿岩台车钻臂施工运动约束条件,采用改进D-H法建立了钻臂的正运动学矩阵模型,通过正运动学矩阵采集了钻臂运动样本数据,并利用MATLAB平台构建了三层RBF神经网络逆运动学模型,并对所采集的样本进行了训练预测;其次,以63孔位隧道掌子面为例,采用RBF法和数值法对孔位进行了预测验证;最后,利用ADAMS-Simulink联合仿真的方式,对钻臂定位施工可行性进行了验证。研究结果表明:通过仿真获得钻臂的最大定位预测误差为0.62%,RBF法预测孔位位姿X、Y方向最大误差分别为2.588 mm、2.336 mm,预测精度优于数值法;所提出的控制方法能够实现钻臂末端定位的误差在钻孔施工允许范围内,可以提高凿岩台车钻孔的定位精度,避免隧道断面发生超欠挖现象。

凿岩机器人钻臂油缸行程计算方法的误差分析

笔者分别以几何法和坐标变换法计算了凿岩机器人钻臂的油缸长度,并与实际测得油缸伸缩长度进行比较,得出了坐标变化法计算值和实际值的吻合度高,满足了凿岩机器人钻臂末端定位精度的要求。

凿岩机械与气动工具

GJ20044149 夯管法技术在大管棚施工中的应用[刊,中]/康宝生//建筑机械.—2004,(2).—49～52文章简要介绍了气动夯管法和液压夯管法施工的基本原理和气动夯管锤的主要结构,通过实际施工案例,探讨了拓展非开挖夯管法施工技术——利用夯管锤进行大管棚施工的有关问题。