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盾构机换刀机械手误差补偿研究 被引量：1
1
作者 张博文 林赉贶 +3 位作者 彭正阳 文威 曾桂英 柳一凡 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1512-1521,共10页
针对换刀机械手在盾构机内部狭小空间中、重载工况下难以实现精准更换滚刀的问题,提出换刀机械手末端位姿误差补偿方法。换刀机械手的末端位姿误差由刚性误差与柔性误差2个部分组成,分别针对这2种误差进行理论分析。以MDH参数法为基础... 针对换刀机械手在盾构机内部狭小空间中、重载工况下难以实现精准更换滚刀的问题,提出换刀机械手末端位姿误差补偿方法。换刀机械手的末端位姿误差由刚性误差与柔性误差2个部分组成,分别针对这2种误差进行理论分析。以MDH参数法为基础建立换刀机械手的刚性误差模型,基于材料力学理论,采用奇异函数以及拉普拉斯变换的方法计算伸缩臂柔性变形,进而建立换刀机械手柔性误差模型,并分别利用Matlab与Workbench仿真软件完成对刚性误差模型与柔性误差模型的正确性检验。结合二者的误差模型,通过刚性误差与柔性误差线性叠加的方式推导得到换刀机械手刚柔耦合误差模型。基于所提出的刚柔耦合误差模型,还需对模型中的冗余参数进行剔除,并通过L-M算法实现对换刀机械手几何参数识别,进而完成换刀机械手标定实验。经过标定后,换刀机械手末端位置误差在X方向上的误差均值相对于未标定前减少21.02 mm,在Y方向上的误差均值相对于未标定前减少18.44 mm,在Z方向上的误差均值相对于未标定前减少3.79 mm。标定实验结果表明,标定后换刀机械手各方向的末端误差均得到大幅度的减小,进而说明提出的换刀机械手误差补偿方法是科学有效的。 展开更多
关键词 换刀机械手 MDH参数法 刚柔耦合 误差模型 误差补偿
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盾构换刀机器人储存舱闸门密封特性研究 被引量：1
2
作者 杨妹 王玉 +3 位作者 任勇 张帅坤 林赉贶 夏毅敏 《长沙理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第4期9-18,共10页
【目的】为保证高压环境下盾构换刀机器人在储存舱内安全密封保存,开展盾构换刀机器人储存舱闸门的密封特性研究。【方法】通过揭示某型号储存舱闸门的结构特点和密封机理,建立闸门密封件在介质压力作用下的仿真分析模型,分析介质压力... 【目的】为保证高压环境下盾构换刀机器人在储存舱内安全密封保存,开展盾构换刀机器人储存舱闸门的密封特性研究。【方法】通过揭示某型号储存舱闸门的结构特点和密封机理,建立闸门密封件在介质压力作用下的仿真分析模型,分析介质压力作用下应力分布以及各接触面最大接触应力值,探究初始压缩量、流体介质压力及材料硬度对闸门密封件密封性能的影响。【结果】在0~2.0 MPa的介质压力范围内,初始压缩量及材料硬度对密封件密封性能的影响较大。以密封件最大接触应力、最小Von-Mises应力为优化目标,采用响应曲面法对密封件进行参数优化设计,得到邵氏A型硬度80、初始压缩量1.0 mm的密封件可以满足0~2.0 MPa介质压力下的密封要求。【结论】通过密封性能测试试验,验证了闸门在低压(0.6 MPa)和高压(1.2 MPa)工况下良好的密封性能。可为泥水盾构换刀机器人储存舱闸门的密封件选型提供指导。 展开更多
关键词 盾构 换刀机器人 储存舱闸门 密封特性 响应曲面法 优化设计
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TBM换刀机器人的设计分析与运动控制 被引量：10
3
作者 张海东 黄磊 霍军周 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1234-1244,共11页
针对全断面岩石隧道掘进机(TBM)施工过程中滚刀频繁失效、换刀空间狭小及人工作业困难等问题,提出一种6自由度换刀机器人,并进行换刀范围分析、关节轨迹规划及运动控制仿真.首先,基于Denavit-Hartenberg(D-H)法建立运动学模型,采用蒙特... 针对全断面岩石隧道掘进机(TBM)施工过程中滚刀频繁失效、换刀空间狭小及人工作业困难等问题,提出一种6自由度换刀机器人,并进行换刀范围分析、关节轨迹规划及运动控制仿真.首先,基于Denavit-Hartenberg(D-H)法建立运动学模型,采用蒙特卡洛伪随机法求解末端执行器工作空间,并针对TBM刀盘实例计算机器人换刀范围;其次,通过基于多段中间点的五次多项式插值法进行换刀机器人轨迹规划,求解各关节运动参数;最后,以规划轨迹为输入参数进行运动控制仿真.结果表明:TBM整盘滚刀的总换刀率可达84.9%;规划轨迹下的各关节运动过程没有刚性与柔性冲击;移动关节的运动控制最大误差区间为[-0.005m, 0.005m],相对误差为0.46%,转动关节最大误差区间为[-0.35°,0.35°],相对误差仅0.19%,定位精度良好.研究成果可为TBM换刀机器人智能控制研究与工程现场应用提供借鉴. 展开更多
关键词 隧道工程 TBM换刀机器人 运动学建模 换刀范围 轨迹规划 运动控制
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基于时间冲击最优的TBM换刀机器人轨迹规划 被引量：5
4
作者 陶治同 陶建峰 +1 位作者 覃程锦 刘成良 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期1-9,共9页
为了提高隧道掘进机(TBM)换刀机器人的工作效率,减小换刀过程中的运动冲击,提出基于改进型粒子群优化(PSO)算法的轨迹优化方法.采用位姿分离法与关节变量最小策略,对冗余关节机器人进行运动学分析.利用所求的逆解,将目标轨迹由笛卡尔空... 为了提高隧道掘进机(TBM)换刀机器人的工作效率,减小换刀过程中的运动冲击,提出基于改进型粒子群优化(PSO)算法的轨迹优化方法.采用位姿分离法与关节变量最小策略,对冗余关节机器人进行运动学分析.利用所求的逆解,将目标轨迹由笛卡尔空间映射到关节空间.针对每个关节使用5次NURBS曲线构造冲击连续的关节轨迹,以时间冲击最优构造目标函数,采用改进型PSO算法求解出最优时间序列,完成对轨迹的优化.通过对特定的换刀任务进行轨迹规划,得到各关节的优化轨迹.优化结果表明,提出的轨迹规划方法可以为换刀机器人各关节提供理想的轨迹,具有较强的轨迹跟踪能力.利用5次NURBS插值法与改进型PSO优化算法,可以保证轨迹的时间最短与冲击最小,提高了运行的效率与平稳性. 展开更多
关键词 TBM换刀机器人 轨迹规划 改进型粒子群优化 时间冲击最优 5次NURBS曲线
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基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统
5
作者 殷光淼 朱国力 +1 位作者 谢哲 王一新 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期811-824,共14页
为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并... 为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并利用虚拟现实技术提高系统沉浸性和可交互性。同时,针对有限元仿真软件获取力学数据的方式耗时较长、难以满足监控系统实时性要求的问题,构建了基于BP神经网络的换刀机器人力学数据监测模型,可快速获取末端执行器的应力和形变数据以保证系统安全性。最后,开发了盾构机换刀机器人数字孪生监控系统原型样机,验证了所提监控系统的有效性和可行性。 展开更多
关键词 数字孪生 盾构换刀机器人 BP神经网络 机器人监控系统
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