隧道综合巡检机器人设计及研究

为解决城轨隧道病害检测采集的问题,设计了一台隧道综合巡检机器人。对机器人的实现功能进行规划与设计,确定实现方式,并使用SolidWorks软件设计并建立机器人不同模块的结构模型;对底盘驱动模块进行电机计算与校核,利用ANSYS Workbench对底盘进行有限元静力学分析;对机器人样机进行生产加工组装,并在真实隧道环境中进行测试实验。实验测试结果表明,机器人结构与控制部分设计合理,可实现对隧道内壁与道床的病害数据采集,机器人运动性能达到预期的目标。

基于5DOF的隧道摄像头清洗装置控制系统设计

针对隧道内摄像头镜面污染严重,影响隧道监控管理的问题,基于高压水射流技术,提出了一种5自由度的机械臂清洗装置。分析系统的功能需求,采用电驱动的方式对机械臂的控制系统进行设计,基于比例积分微分控制(PID)原理设计了各关节的定位功能,并用物联网监控的方式开发了远程APP测控系统。通过室内实验确定了最优的清洗工艺参数,并进行了现场的清洗实验。实验结果表明:其能够实现隧道摄像头镜面的有效清洗,清洗装置各关节的定位相对误差在1.4%以内,为隧道内摄像头或者标识物的清洗提供了安全高效的机械化方式。

基于改进D-H的隧道摄像头清洗机器人运动学分析

为实现摄像头的智能机械化高效清洗,设计了5自由度(5DOF)摄像头清洗机器人,通过在J2与J3关节间增加过渡关节的方式解决了歧义问题,采用改进D-H(Denavit-Hartenberg)法获取了机器人的运动学模型参数,再通过齐次变换法与封闭解法求解了机器人的正逆运动学。在Robotics Toolbox工具箱建立了机器人臂架模型,开展了仿真实验,通过蒙特卡洛法分析了机器人工作空间,采用五次多项式插值方法构造了运动轨迹。结果表明,清洗机器人的工作空间满足隧道摄像头清洗作业工况要求,规划的关节运动轨迹满足运动学约束且保证了机器人运动平稳性,为隧道摄像头清洗机器人的运动控制奠定了基础。

长距离地铁隧道自动化监测技术工程实践与应用

随着地铁保护工程的监测范围越来越长,工况越来越复杂,难度越来越高。长距离(>400 m)的监测范围,多台(>3)仪器串联的项目也屡见不鲜,对自动化监测技术的要求也越来越高。通过某项目涉及杭州地铁1号线保护监测的工程实践,阐述了5+2台测量机器人串联系统的监测技术实施及数据分析,证明了多台测量机器人串联自动化监测技术的准确性及可靠性,为后续同类型项目提供借鉴。

交通隧道巡检机器人运动形态及检测技术

随着城市化进程的加快,交通隧道已成为现代交通网络的重要组成部分。隧道内部环境复杂多变,传统人工巡检方式难以满足全面、高效、精准的巡检需求。近年来,机器人技术的飞速发展为隧道智能化巡检提供了新思路。本文针对交通隧道环境特点,分析了隧道巡检需求,在此基础上提出了一种新型隧道巡检机器人运动形态及检测技术构建方案,通过设计运动形态、检测技术选型、系统集成、原型测试和优化等,并对其应用路径进行了探讨,以期为交通隧道智能化巡检提供参考。

From tunnel boring machine to tunnel boring robot: perspectives on intelligent shield machine and its smart operation

Advances in intelligent shield machines reflect an evolving trend from traditional tunnel boring machines(TBMs)to tunnel boring robots(TBRs).This shift aims to address the challenges encountered by the conventional shield machine industry arising from construction environment and manual operations.This study presents a systematic review of intelligent shield machine technology,with a particular emphasis on its smart operation.Firstly,the definition,meaning,contents,and development modes of intelligent shield machines are proposed.The development status of the intelligent shield machine and its smart operation are then presented.After analyzing the operation process of the shield machine,an autonomous operation framework considering both stand-alone and fleet levels is proposed.Challenges and recommendations are given for achieving autonomous operation.This study offers insights into the essence and developmental framework of intelligent shield machines to propel the advancement of this technology.

小波分析的自适应卡尔曼滤波模型在地铁隧道变形监测中的应用

为了加强地铁安全保护机制,基于测量机器人智能化、自动化的特点,对某试验区的地铁隧道进行变形监测,选择Trimble S9 HP测量机器人进行数据采集,通过云平台进行数据处理及变形分析,最后利用小波分析的自适应卡尔曼滤波模型对后期形变量进行预测。结果表明,自动测量机器人的测量精度满足隧道监测要求,完成了地铁隧道变形监测的预设目标,分析隧道结构的变形特征并通过小波分析的自适应卡尔曼滤波模型进行变形预测,所得预测数据精度较高,可以为今后工程建设和地铁维护提供参考。

测量机器人在地铁隧道自动化变形监测中的应用

文章探讨了机器人在地铁隧道自动化变形监测中的应用,首先介绍了机器人在这一领域中的优势,包括灵活性和适应性、高精度测量以及安全性。最后介绍了机器人在地铁隧道自动化变形监测中的具体应用,实现对地铁隧道变形情况的实时监测和数据收集。

基于主被动柔顺的隧道机器人地质雷达检测系统

隧道墙体缺陷检测是保障轨道交通良好运营的重要环节。针对轨道交通综合检测装备检测灵活性差的问题,设计一套基于主被动柔顺的隧道机器人地质雷达检测系统,实现隧道墙体裂缝、轮廓断面等病害的高效检测。首先,设计基于弹性回复机构的被动柔顺控制装置,实现地质雷达贴壁检测的自然顺从;然后,提出基于阻抗控制算法的隧道机器人主动柔顺控制算法,主动适应隧道的贴壁检测;最后,通过隧道机器人地质雷达检测系统平台验证了基于主被动柔顺的隧道机器人地质雷达检测系统的有效性,并将该系统集成到轨道交通综合检测装备上进行了实地应用,提高了该装备的检测能力。

基于雷达机器人的隧道衬砌高效检测技术研究

为解决隧道衬砌结构病害检测中设备布设困难、检测效率低下、结果不具代表性等问题,设计由四旋翼-四驱动结构搭载900 MHz无线雷达、运行速度为18 km/h的隧道衬砌雷达检测机器人,设定力学指标满足机器人沿衬砌环向曲面行走的功能,并研制重力传感器用于路径校准。依据雷达机器人采集的结构损伤信息,开发雷达信号轻量化网络模型,对钢筋、厚度不足、不密实与空洞4类衬砌内部常见的异常信号进行自动分类,并输出空洞顶部与底部反射的信号时间窗,可用于空洞信号的精准定位与深度测算。在小笠尖隧道与鹿山隧道开展实际工程检测应用,并完成现场打孔验证。工程应用及验证结果表明:1)雷达机器人能快速稳定完成结构数据的自动化采集,与人工检测相比,检测数据精度较高,检测4000 m^(2)衬砌由3 h缩短至0.5 h;2)雷达信号轻量化网络分类精确度指标F1分数与mAP@0.5分别为0.93与97.51%,优于雷达图谱模型并且计算量较小;3)定位模块在不同位置处对空洞深度尺寸的预测准确率均大于80%,输出位置、深度信息与现场打孔结果一致,证明了雷达机器人在病害自动化检测中的有效性。

测量机器人在公路隧道监测中的应用

针对传统人工测量不能满足公路隧道监测需求的问题,本文结合工程实践,研究了测量机器人在公路隧道施工中,特别是在极浅埋以及下穿敏感地表建筑物等特殊环境下的隧道施工中的应用。机器人监测系统具有精度高、风险低和适应性强等特点,大大降低了人力、物力成本。同时,测量机器人自带数据异常预警功能,可实时、有效地传递和处理监测数据。

公路隧道巡检机器人关键技术应用研究

公路隧道巡检机器人是一种结合先进技术的智能化设备,其研究与应用对于提高公路隧道安全性和效率具有重要意义。采用精准的定位系统和路径规划算法,机器人可按照预设路线巡检,避开障碍物,提高巡检效率。文章探讨了公路隧道巡检机器人关键技术及其应用现状,旨在为相关领域的研究与实践提供参考。

基于多模态感知技术的隧道巡检机器人系统设计

随着城市化进程的加速,地下隧道和地铁网络建设日益增多,对隧道结构的健康监测和维护提出了更高要求。基于此,设计并实现一套基于多模态感知技术的隧道巡检机器人系统。该系统集成了视觉、声学、振动及气体检测等多种传感器,能够全天候、高精度地对隧道环境和结构进行监测,不仅能提升巡检效率和安全性,还能为隧道的安全运营和智能化管理提供有力支持。

盾构机刀盘泥饼性能及机械臂攀附试验研究

由于泥饼的长期附着,盾构机刀盘和刀具工作负荷会逐渐增加,该状况常常使掘进参数出现突变,大大降低施工效率。盾构机泥饼人工清理困难。文中通过对试验室环境下制备泥饼的形成过程和机理进行分析,并对泥饼的物理性能进行测试。通过微型十字板剪切仪、固结试验及机械手臂对泥饼攀附试验研究了胶结强度对其力学性能的影响。研究发现泥饼式样呈现出中压缩性,初始胶结强度影响泥饼式样在剪切过程中的剪胀性,影响着泥饼的抗剪强度。泥饼式样的抗剪强度为85kPa时,机械手臂能够攀附在泥饼表面。因此爪尖数量的增加以及泥饼抗剪强度的提高,能够有效提高机械臂的攀附状态,进一步为机械手臂搭载清淤装备攀附泥饼提供了力学依据。

高压电缆隧道巡检机器人路径规划与应用

为控制高压电缆隧道巡检机器人路径规划与实际路径点位误差,研究高压电缆隧道巡检机器人路径规划与应用。引进椭圆的一般曲线方程,建立一个隧道巡检椭圆方程,用于初步描述隧道的几何形状和特征,为后续的机器人路径规划提供基础。借助ASUS Xtion PRO Live相机对高压电缆隧道进行拍摄和录像,将图像录入计算机。结合隧道的几何数据和录入的图像,在计算机中对高压电缆隧道的障碍区域进行建模。使用模糊控制和最优路线规划技术,对机器人的运动进行控制,确保机器人能够在高压电缆隧道内有效巡检,保证隧道内电缆的安全运行,完成规划设计。实例应用表明:该设计方法在高压电缆隧道巡检机器人作业中的应用效果良好,能够按照规范进行机器人路径的规划,同时提高机器人在隧道中的环切巡检作业精度,保障隧道内高压电缆隧道运行的安全性。

测量机器人自动化监测在隧道工程中的应用

针对传统测量技术不能满足地铁隧道监测需求的现状,以实际工程为例,介绍了测量机器人自动化监测的基准点、布测点布置方案及监测精度;通过与人工测量数据的对比,证明测量机器人自动化监测具有精度高、实时处理、可视化显示、可靠性强等优点。

基于高仿生形态布局的仿鸽扑翼飞行机器人系统设计

针对现有扑翼飞行机器人存在的飞行形态与实际鸟类相差较大,以及翅膀、尾翼布局和俯仰、转向控制方式仿生度较低的问题,提出一种形态布局与鸽子相仿的扑翼飞行机器人系统设计及实现方案.通过设计弧面-折翼-后掠翅膀、仿鸟扇形尾翼以及尾翼挨近翅膀后缘布置的布局方式,使扑翼机器人飞行形态更加接近真实鸟类,提高扑翼机器人的形态仿生度.在此基础上,设计结合下扑角调控无需尾翼大角度上翘的俯仰控制方式,以及不依赖于尾翼的翅膀收缩转向控制方式,在提高仿生度的同时保证飞行控制的有效性.在具体设计过程中,首先参考鸽子翅膀型式选择不同类型翅膀并进行风洞测试,确定出下扑角变化时仍能保持较优升推力性能的翅膀设计方案;其次,对各种尾翼型式进行分析和比较,结合鸽子尾翼特点进行仿鸽尾翼及俯仰、转向控制机构设计,并通过风洞测试验证;最后,设计飞控系统并装配整机,进行外场飞行测试,验证仿鸽扑翼飞行机器人平台的稳定性和可控性.

隧道内电缆故障巡检运维机器人系统研究

针对隧道内电力电缆故障运维和安全管理面临的难题,研制了隧道内电缆故障巡检运维机器人系统。该系统通过主机、中继器和机器人三者的有机结合,实现了方向精细导引、数据通信中继、电缆故障多点同步采集等功能,在提升隧道内电缆巡检效率的同时保障了作业安全。

护盾式智能掘进系统截割机器人截割能力研究

为研究全断面滚筒截割在不同硬度煤岩掘进截割过程中截割力变化规律及截割力与煤岩硬度的相互关系,攻克煤矿巷道护盾式智能掘进机器人系统截割控制难题,以护盾式智能掘进系统中的截割机器人为研究对象,采用理论分析、系统仿真和现场试验等相结合的方法,研究护盾式智能掘进系统截割机器人截割能力。结果表明:当截割速度及截割深度一定时,截割力随煤岩硬度增大而增大;当截割煤岩硬度及截割速度不变时,截割机器人的截割力随截割深度的增加而增大,且截割速度、煤岩硬度不变时,可得到截割机器人的最大截割深度;截割机器人截割试验结果与仿真结果保持一致,对比误差在较小范围内。证明仿真研究方法可用于截割机器人截割作业控制的研究,来确定截割机器人的截割能力,为煤矿巷道快速掘进截割提供理论依据。

掘进机器人电液系统位置控制死区补偿

针对掘进机器人截割电液系统中比例换向阀结构死区影响截割头位置控制精度,以比例阀实际开口作为阀控缸系统输入,建立了控制系统二阶状态空间模型。提出一种死区自适应补偿方法,基于李雅普诺夫稳定性理论设计死区参数自适应律。搭建了掘进机试验样机,通过与传统死区逆补偿方法进行实验对比,结果表明:所提控制方法可以降低掘进机跟踪指定轨迹的动态误差和定位偏差,改善比例阀死区对掘进机截割系统性能的影响。