双摇臂履带式矿山机器人结构优化设计

针对双摇臂履带式矿山机器人结构设计中的多目标优化问题,提出了基于GA-PSO算法的双摇臂履带式矿山机器人结构优化设计方案。通过机器人越障过程的几何学和运动学分析,得出机器人越障最大高度和质心位置变换的影响因素;根据矿山机器人工作要求建立约束条件,得到多目标优化函数,通过引入权重系数,将多目标优化问题转换为单目标优化问题;利用GA-PSO算法对单目标优化问题进行求解,得到机器人最优结构参数:车体质量为10kg,摇臂质量为5kg,前后轮距离为600mm,驱动轮半径为115mm。仿真结果表明,采用该结构参数设计的机器人完成目标动作所需的能耗低于其他设计方案,更加易于实现目标动作。

履带机器人通用地面力学模型分析与底盘设计

为了解决如何选取最优的履带机器人底盘相关参数的问题,创建一个包含履带底盘相关参数的通用履带机器人地面力学模型。选取在软地面进行转弯的履带机器人作为物理模型进行数学建模,在建模过程中,考虑履带推土阻力与地面摩擦力,并引入打滑速度,最终得到了履带转弯过程中所受阻力矩的数学模型。根据正在设计的履带机器人以及其工作环境路面的相关参数进行优化设计,得到了最优的履带宽度、接地长度与两条履带的间距。最后,根据所得到的结果进行了样机的试制与试验,所得结果与理论计算结果相接近。结果表明,所创建的履带机器人通用地面力学模型在进行机器人底盘设计时具有一定的理论指导意义。

基于行星轮机构履带式煤矿侦察机器人越障性能分析

为提高煤矿侦察机器人在未知环境中的垂直越障能力,提出一种基于行星轮履带式移动机器人,可以根据实时地形被动垂直越障,结构简单、控制方便。通过对移动机器人的机械结构设计和垂直越障原理分析,在Adams虚拟软件中进行仿真实验。结果表明,基于行星轮机构履带式煤矿侦察机器人机械结构设计可靠,能够翻越垂直障碍物为550 mm,且垂直越障性能稳定。

矿山钻孔救援探测机器人设计

基于矿山钻孔救援探测需求,针对现有探测机器人信息探测范围窄、探测距离较短、功能单一、无越障能力等问题,设计了一种矿山钻孔救援探测机器人。该机器人能够通过Φ225mm救援钻孔到达煤矿井下,利用携带的传感器和摄像头获取灾变区域的环境信息和被困人员信息,并将信息实时传到地面;以NImyRIO作为控制核心,采用LabVIEW图形化编程构建控制系统,利用有线通信方式实现机器人在灾变区域内的数据远程控制。试验结果表明:该机器人运动性能良好,具有体积小、质量轻、越障能力强等特点,可顺利通过救援孔,能够对井下环境信息进行实时检测和传输,为地面救援指挥中心决策提供了第一手资料。

一种新型煤矿救援机器人履带行走机构设计

从履带机构的结构复杂度、越障性能、可操作性以及履带的接地比压4个方面分析了现有煤矿救援机器人履带行走机构的优缺点,针对现有履带结构的优缺点设计了一种新型履带行走机构的结构;结合煤矿救援机器人的相关要求,给出了该新型结构主要尺寸的优化计算公式;根据所提出的计算公式,设计了CUMT-5型煤矿救援机器人。CUMT-5机器人的实际运行结果表明,该新型履带行走机构结构简单,越障性能好,具有良好的可操作性。

履带移动平台带边界层bang-bang路径跟踪控制

为实现无法闭环调速的开关阀控履带移动平台路径跟踪,考虑到平台速度低且可原地转向的特点,基于纯追踪算法,提出不需要底层轮速控制的带边界层bang-bang路径跟踪控制算法。根据几何及运动学关系,建立履带移动平台目标点追踪模型;以航向角偏差作为切换函数,通过bang-bang算法控制两侧履带正反转,引入边界层厚度参数,以减小电磁阀开关频率;根据李雅普诺夫稳定性理论,证明了边界层外系统各状态均是稳定的,但边界层内航向角偏差在原点处是不稳定的,且前视距离越小,航向角偏差发散越快。基于Matlab/Simulink和Recurdyn联合仿真平台,选择矩形目标路径,仿真验证了不同前视距离下bang-bang算法的路径跟踪效果,并与闭环调速的纯追踪算法进行对比。搭建样机试验平台,对bang-bang路径跟踪控制算法进行地面试验。仿真和试验结果表明,bang-bang路径跟踪控制算法可控制开关阀控履带移动平台实现对直线或折线路径的跟踪,且算法在转角处跟踪精度高于闭环调速的纯追踪算法路径,稳态误差小于9 cm,满足煤矿机器人自主导航行走要求。

煤矿巷道履带式巡检机器人系统设计

随着煤矿开采量的逐年增加,煤矿向着深煤层方向发展,传统的人工巡检暴露出很多的问题。为了解决传统的人工巡检存在的工人劳动强度大、环境不安全系数高、工作效率低、巡检不到位、出现漏检和误检等问题,通过对煤矿巷道巡检机器人进行相关研究,设计了一种履带式巷道巡检机器人系统,可以代替人工完成巷道的巡检,通过机器人搭载多种环境参数检测传感器、远红外摄像头、智能机械臂等,辅以智能识别算法和上位机操作系统,实现了对巷道全方位智能巡检。通过将设计的机器人进行现场应用和调试,结果表明:该套履带式巡检机器人可以准确识别环境参数并上传至上位机,能够准确识别异物并使用机械臂排除障碍,巡检续航时间为12 h,取得良好的应用效果和经济价值,有助于大力推进煤矿无人化和智慧化的建设。

一种矿井环境探测机器人结构设计

为了避免矿井安全事故的发生,设计了一种履带式矿井探测机器人,对矿井环境进行提前预判,提高煤炭开采安全系数。该机器人由驱动系统、控制系统和传感器系统组成。驱动系统为履带式行走结构,传感器系统可搭载不同传感器进入地下矿井进行作业,通过控制系统将实时数据传递至单片机进行处理,并将处理后的信息发送回操纵端,以控制机器人动作。利用SolidWorks三维软件建立机器人虚拟样机,验证设计方案的可行性。