[教學設(shè)計]噴漿機器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計教學文案.doc

1、此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除噴漿機器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計冶金礦山設(shè)計與建設(shè)第31卷第5 期Metalmine design and construction1999 年9 月噴漿機器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計0山東礦業(yè)學院李云江樊炳輝榮學文摘要介紹了噴漿機器人的結(jié)構(gòu)原理和動作特點,及主要設(shè)計參數(shù)。實踐證明, 該方法行之有效。關(guān)鍵詞噴漿機器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計并闡述了機器人大小臂的設(shè)計要點D esign on armABSTRACT T hestructure of shotcrete robotL iYunjiang et al.此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除structur

2、e theory and movement characteristics ofshotcreterobotarepresentedin thepaper,itskeypointsandmainparametersin design are described. It is shown through application thatthe method iseffective.KEYWORD SShotcrete robotA rmStructural design噴漿支護是廣泛采用的支護方法, 但也存在重要缺點, 特別是人工噴漿, 回彈率高、粉塵大、影響施工質(zhì)量和施工進度等。造成這些缺點的

3、原因是十分復(fù)雜的。實踐表明, 人工噴漿作業(yè)自動化程度低, 是造成上述缺點的最重要因素之一。人工噴漿作業(yè)時, 回彈物使得操作者無法抬頭、睜眼、不敢站在受噴點的正下方而不得不遠離受噴點進行噴漿作業(yè), 這就必然造成回彈率高, 回彈物多, 使得粉塵增多, 混凝土中的速凝劑對人圖1 噴漿機器人結(jié)構(gòu)示意圖此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除的危害也大, 這都嚴重危害人們的健康。 1. 控制器; 2. 電源箱; 3. 平衡拉桿; 4. 油箱; 5. 大隨著濕噴機和濕噴工藝的成熟, 人工噴漿將臂 ; 6. 液壓控制器;7. 車盤; 8, 10, 12, 15, 17.液壓被淘汰, 噴漿

4、機器人將成為必備的設(shè)備。我國從馬達; 9. 油缸; 11. 小臂平衡四桿; 13. 槍桿; 14. 噴60 年代開始, 煤炭部、鐵道部、水電部和冶金部槍頭; 16. 送料管等都有不少單位開展這方面的工作, 并取得了一該機器人有6 個自由度, 即大臂俯仰, 小臂些進展。山東礦業(yè)學院機器人研究中心由于得到擺動, 手腕轉(zhuǎn)動, 噴槍擺動, 噴槍轉(zhuǎn)動和整車行此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除了國家863 計劃的支持, 在該方面取得了突出走。其動作原理與結(jié)構(gòu)特點是:的成績。(1) 大臂由四連桿組件5 和平衡拉桿組件3 構(gòu)成的三重四連桿機構(gòu)組成, 在油缸9 的驅(qū)1 機械結(jié)構(gòu)原理動下

5、作俯仰運動, 由于四連桿件5 各部件尺寸噴漿機器人的結(jié)構(gòu)方案如圖1 所示: 的制約, 大臂末端的運動軌跡為一條近似的鉛垂國家863 計劃資助項目和“九五”科技成果重點推廣計劃線。 0項目。(2) 小臂( 即四連桿件11) 在液壓馬達10此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除的轉(zhuǎn)動。條件為約束 ,設(shè)計。優(yōu)化的結(jié)果 , 大臂各部分的最佳結(jié)構(gòu)尺寸為:AB= CD =的轉(zhuǎn)動。條件為約束 ,設(shè)計。優(yōu)化的結(jié)果 , 大臂各部分的最佳結(jié)構(gòu)尺寸為:AB= CD = 1999 年9 月李云江等噴漿機器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計31的驅(qū)動下可在水平面內(nèi)做50的擺動, 由于小臂四連桿做成平行四邊形機構(gòu), 故

6、擺動時, 其末端做平動運動。(3) 手腕由油馬達及蝸輪蝸桿機構(gòu)12 構(gòu)成, 手腕轉(zhuǎn)動帶動槍桿13 在隧道橫斷面的拱部擺動。此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除(4) 油馬達17 驅(qū)動噴槍做50的擺動( 噴槍擺動 ) , 以調(diào)整噴槍的姿態(tài) , 這樣可在遇到大凹時, 使得噴槍垂直受噴面。(5) 油馬達 15 驅(qū)動噴槍做即噴槍自轉(zhuǎn)時 , 即可完成噴槍口的劃圓動作。的要求 , 該機器人大臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 , 應(yīng)重點保證其良好的運動性能 , 如使其末端的運動軌跡近似一條鉛垂線 , 以滿足噴漿工藝的基本要求。為此 ,以大臂前端運動軌跡與鉛垂線的絕對偏差值最小、各桿件的總體尺寸最小、大臂

7、的起落高度范圍大于或等于 1800 mm為目標函數(shù) , 以 BCE 與大臂前端的升降呈單調(diào)對應(yīng)關(guān)系 , 及其它等對大臂結(jié)構(gòu)從整體上進行了優(yōu)化467 mm , BC= 639 mm , CE= 451 mm ,247 mm , D E= 247 mm , CF = 1082 mm , L 1(6) 油馬達8 驅(qū)動底盤車7 作前后往復(fù)運動, 使得噴槍能水平移動。由于篇幅的限制, 本文只介紹機器人大小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計。2 大臂設(shè)計對噴漿機器人大臂結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動裝置的設(shè)計要求有此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除:(1) 大臂的起落高度范圍要大于或等于1800 mm ,從而能適應(yīng)國內(nèi)

8、煤礦各種斷面巷道的要求。(2) 大臂前端的運動軌跡應(yīng)近似一條鉛垂線, 其軌跡與鉛垂線的絕對偏差值不大于35mm。(3) 運動中 BCE (圖2) 的增減應(yīng)與大臂前端的升降呈單調(diào)對應(yīng)關(guān)系( 因為在關(guān)節(jié)C處要裝一個角位移傳感器) 。(4) 在大臂的有效工作范圍內(nèi), 油缸的最大工作壓力角A不大于50。圖2 大臂數(shù)學模型綜合考慮噴漿作業(yè)的特點及對機器人大臂此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除= 833 mm ,L2= 1066 mm , H1= 371 mm , H2= 451 mm。按此尺寸構(gòu)成的大臂的運動性能為:(1) F 點的起落高度為1820 mm ;(2) F 點起落

9、軌跡與鉛垂線的絕對偏差值為29 mm ;(3) 實現(xiàn)了BCE增減與大臂前端的升降呈單調(diào)對應(yīng)關(guān)系;(4) 確定了油缸的極限工作長度為DGm in =652 mm ,DGmax = 1034 mm ;(5) 大臂結(jié)構(gòu)尺寸做到了盡量緊湊。盡管通過優(yōu)化設(shè)計獲得了大臂四連桿某些部分的尺寸及運動性能的一些參數(shù), 但是在進一步的設(shè)計中, 如何按照對大臂驅(qū)動范圍的大小兼顧油缸的標準系列選擇合適的油缸; 各活動此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除桿件在工作中的運動范圍怎樣; 如何確定各桿件的形狀、尺寸及它們在運動中可留給其它部件的安裝空間, 以避免可能的碰撞與干涉等, 仍是需要進一步解決

10、的問題。為此, 又按優(yōu)化設(shè)計所獲得的數(shù)據(jù)進行了機器人的運動仿真設(shè)計( 包括圖形運動仿真與數(shù)據(jù)運動仿真) 。仿真的結(jié)果使研究者們對優(yōu)化數(shù)據(jù)作了小的修改, 順利地完成了以下工作:(1) 直觀驗證了大臂前端的運動軌跡;(2) 在滿足各桿件的運作范圍要求、設(shè)計工藝要求, 和相互之間不發(fā)生碰撞與干涉的情況下, 確定了各桿件合理的結(jié)構(gòu)形狀、安裝方式及尺寸;(3) 在滿足工作空間及缸桿對受驅(qū)件的壓力角A50的要求下, 選定了合適的標準系列此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除特別是噴巷道拱部時 , 機器人能做到的 , 人卻無法做到 ;特別是噴巷道拱部時 , 機器人能做到的 , 人卻無法

11、做到 ;3冶金礦山設(shè)計與建設(shè)2 第31卷第5 期的油缸, 并確定了其準確的安裝位置;(4) 準確確定了BCE與大臂前端高度的對應(yīng)關(guān)系, 為大臂的軌跡規(guī)劃提供了必要的數(shù)學模型。另外, 計算機仿真設(shè)計, 極大地提高了設(shè)計進度, 使一些僅靠手工難以完成, 甚至不能完成的問題得到了很好的解決。從工業(yè)試驗可以看出 :(1) 噴漿機器人作業(yè)比人更符合噴漿工藝 ,此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除3 小臂設(shè)計對小臂的設(shè)計要求有:(1) 小臂擺動時, 其末端夾持的槍桿姿態(tài)能保持不變;(2) 小臂前端負載按90 kg 計;(3)900 mm ;小臂前端的擺動范圍上下均超過(4) 擺動速

12、度可調(diào), 停位要可靠。為在小臂擺動時能夠保持槍身對受噴面垂直的姿式, 將小臂設(shè)計成水平的平行四邊形結(jié)構(gòu)。這樣, 它在擺動時, 其末端將作平動運動, 保證了槍身相對臂面的垂直關(guān)系不變( 圖3) 。為使小臂前端的調(diào)節(jié)范圍上下均超過900此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除圖3 小臂數(shù)學模型mm ,設(shè)計小臂的長度為1200 mm。這樣, 當小臂的擺動角度為50時 , 小臂的調(diào)節(jié)范圍將達到920 mm。小臂采用液壓馬達驅(qū)動下的蝸輪蝸桿傳動,蝸輪蝸桿的導程角= 3. 22 可實現(xiàn)自鎖。C4結(jié)論(2) 如能給機器人配上加料、拌料裝置, 那么噴漿機器人必將更受歡迎。此文檔僅供學習和交

13、流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除該成果1997 年被列為“國家科技成果重點推廣計劃項目”, 1998 年被列為國家863“目標產(chǎn)品”, 1999 年獲山東省科技進步一等獎, 并獲得多項國家專利。參考文獻1 蘇學成, 李貽斌, 樊炳輝等. 試論井下機器人結(jié)構(gòu)與控制的若干問題. 煤炭學報, 1995 (5)2 樊炳輝, 逄振旭, 蘇學成等. 一種機器人大臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計. 機器人, 1994 (6)3 樊炳輝, 蘇學成, 李貽斌等此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除. 運動仿真在機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用. 工程圖學學報, 1994 (2)收稿日期1999 06 21第一作

14、者李云江, 山東礦業(yè)學院講師; 250031 山東省濟南市。( 上接第27 頁)(1) 加強領(lǐng)導克服阻力。在推行專業(yè)化協(xié)作中, 首先撤消一些規(guī)模較小的熱處理班組時, 問題可能還不大, 但要調(diào)整到熱處理規(guī)模稍大一些的企業(yè)時, 問題就較多。要在深入調(diào)查統(tǒng)籌安排、全面規(guī)劃的基礎(chǔ)上, 力爭合理分布, 照顧全局。(2) 調(diào)整后的協(xié)作點, 生產(chǎn)任務(wù)增加此文檔僅供學習和交流此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除, 應(yīng)加強計劃協(xié)調(diào), 既保證完成協(xié)作任務(wù)及時, 又要保證持續(xù)的任務(wù)來源, 一般可采用簽訂合同制、并制定合理的協(xié)作價格。(3) 加強專業(yè)化工作領(lǐng)導、督促檢查、提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。收集研究國內(nèi)外新工藝、新技術(shù)、新材料, 承擔一些更大的專業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟