非球面件数控研抛力、研抛工具位置和姿态解耦技术

为解决非球面自动研抛系统中普遍存在的研抛力-研抛工具的位置-研抛工具的姿态(以下简称力-位-姿)相互耦合问题,提出一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的非球面数控研抛力-位-姿解耦技术。基于Hertz接触理论和摩擦学原理,分析研抛过程中的力-位-姿耦合机理,建立了耦合模型。阐述基于MRT的数控研抛力-位-姿解耦原理,开发相应的实验研究系统,建立系统研抛力模型。规划了研抛工具的路径。试验得到0.025 μm粗糙度的镜面表面。试验表明该技术能独立、主动、实时地控制研抛过程中的研抛力、研抛工具的位置和姿态。     

盾构机电气组成系统与常见故障处理分析

盾构机是隧道掘进常用设备,具有开挖切削土体、拼装隧道衬砌、输送土渣、测量导向纠偏等多项功能,而电气系统是支撑盾构机各项功能实现的重要组成部分,由于日常使用时间长、工作环境恶劣,电气系统也成为故障发生频率较高的组成部分。为实现盾构机的安全、稳定运行,降低电气系统故障发生率,该文对盾构机及其电气系统的组成进行概述,并分析常见故障与处理措施,最后探究电气系统的维护与检修方案,以便科学处理故障,维护盾构机运行状态稳定,并提高电气系统故障预防能力,减少影响盾构机稳定运行的因素,保障掘进安全、顺利进行,规避停机维修。     

盾构掘进参数的统计试验与优化控制

盾构掘进参数的变化与控制对盾构自身及周围环境的影响是十分关键的.结合天津地铁建国道站至天津站区间盾构施工参数记录,针对盾构掘进过程中的掘进速度和力学掘进参数进行了分析与模糊统计试验,并提出了针对力学掘进参数的优化控制措施.研究结果表明:盾构机掘进速度过高或过低均为盾构机掘进的不利工作状态,存在一个盾构机掘进的最优工作状态;基于模糊集合理论,定义了盾构力学掘进参数在各自最优取值范围内的工作状态,为其"正常掘进状态",相应的掘进速度、力学掘进参数的最优取值范围可以应用于制定对地表沉降的优化控制措施,为满足地表毫米级沉降要求提供了有效保障.     

盾构机刀盘与土体相互作用模拟分析

土压平衡盾构机的安全掘进施工主要依赖于盾构机刀盘与土体的相互作用,使得地表的变形得到有效控制。基于Rankine的土压力理论,研究了盾构机刀盘合理土压力的设置问题,模拟了盾构机刀盘与土体的相互作用。研究表明,仅从保证地表既不隆起又不沉陷的约束条件考虑,掘进工作面从主动土压力到被动土压力存在较大的范围。考虑到减少刀具磨损和节约能源问题,推荐理想的掘进工作面土压力为静止侧向土压力。     

土压平衡式盾构机掘进性能评价方法

盾构机掘进性能是盾构机设计性能和施工操作复杂耦合作用的结果,依据盾构机掘进参数评价其掘进性能对盾构机刀盘结构设计和施工参数设定具有重要意义.在掘进参数基础上确定了影响土压平衡式盾构机掘进性能的评价指标,推导出刀盘扭矩和盾体推力的理论公式,基于性能评价指标构建了包括掘进能耗和效率的盾构机性能评价函数,并提出了盾构机掘进性能的参数化评价方法;通过结合现场施工数据对盾构机掘进性能进行了分析和评价,得出了掘进参数改进方法,并验证了其理论的正确性.该评价方法通过分析盾构机参数和地质参数可以评价盾构机掘进性能,并提供盾构机刀盘设计理论和施工参数设定方法.     

花岗岩球状风化发育区盾构施工特点分析

花岗岩发育地区球状风化体(俗称"孤石")的分布直接影响城市轨道交通工程的盾构施工。基于华南地区花岗岩球状发育区盾构施工工程案例,分析了在这一特殊地质环境下盾构施工在盾构机选型和盾构推进过程中参数控制相关问题,提出花岗岩球状风化体发育区盾构施工应合理选择盾构机,在孤石地层掘进时应控制掘进速度、刀盘扭矩、盾构机的推力,刀盘的贯入量以及刀盘的转速等施工参数,做到平稳掘进,减少对地层的扰动。     

非合作航天器间相对位姿的单目视觉确定算法

针对非合作航天器接近操作过程中200m以内的相对位姿参数确定问题,该文充分利用目标航天器已知的结构模型信息,推导了利用单个光学相机实现非合作航天器相对位姿参数测量的迭代算法。与传统的交会对接视觉系统不同,该视觉系统不需要在目标航天器上安装光学特征,而是充分利用了目标航天器的自身结构特征,因此更适用于一般航天器间的相对位姿参数测量。为解决相对位姿单目视觉确定的非线性问题,该文选择了求解非线性问题性能优良的Levenberg—Marquardt算法。最后对该文算法进行数学仿真,仿真结果表明算法的有效性和可靠性,适合航天器在轨实时应用。     

扫描干涉光刻机光束位姿自动准直系统设计

针对扫描干涉光刻机对干涉光束的高精度位姿准直需求,设计了高精度光束自动准直系统;基于该系统提出了利用每步迭代调节后的位姿实测值作为下一步迭代的起始值进行迭代准直和正交平面内位姿交替准直的光束位姿迭代准直策略,解决了迭代过程误差积累问题和正交平面内电机耦合问题。实验结果显示:该光束自动准直系统能够实现两个位置准直精度均优于5μm和两个角度准直精度均优于3μrad,满足扫描干涉光刻机光束位姿准直精度需求。     

盾构机盾尾刷更换施工技术

盾构法施工工法因其具有安全、机械化程度高、掘进速度快、劳动强度低、不影响地面交通及设施、施工中没有噪音等优点,被广泛应用于城市轨道交通建设。盾构机盾尾刷安装在盾构主体的最后端,作用是防止地下水、沙土、壁后注浆从管片与主体外板的缝隙间进入。但施工过程中盾构机盾尾刷易损坏且较难更换的缺点,影响了盾构施工工法的掘进质量。该文将以北京铁路地下直径线工程为例,根据施工过程中遇到的相关问题,对盾构机盾尾刷的损坏原因及预防措施、尾刷更换方法进行阐述。     

冗余驱动的托架式并联调姿机构动力学建模

飞机装配领域广泛使用托架式调姿机构进行工件位姿调整,由于托架质量大、惯性大,导致其运动学控制困难,需要引入动力学控制.确定了位姿反解时调姿机构位姿参数中的独立变量与位姿正解时驱动量中的独立变量,以此为基础进行了速度与加速度正反解分析,然后利用牛顿—欧拉法对一新型三自由度冗余驱动的自动钻铆托架式并联调姿机构进行了动力学建模;考虑定位器移动副摩擦的影响,结合伸缩筒变形协调性分析、调姿机构位姿误差与结构误差分析,建立球铰处作用力、伸缩筒顶端变形量、调姿机构位姿误差、球铰中心点位置误差之间的补充方程,增加动力学模型中约束方程个数;采用Matlab与Adams进行了动力学模型的相互验证,证明了建模方法的有效性,该方法可用于其他类型基于定位器的并联机构动力学控制.     

盾构机穿越建(构)筑物施工探讨

随着城市轨道交通的快速发展,盾构法在隧道施工的运用越来越广泛。但是在盾构机进行掘进施工中,不可避免的会穿越建筑物或者是构筑物,如何对其进行施工和控制,成为隧道盾构施工中的一个关键性问题。主要根据实例阐述了盾构机穿越建(构)筑物施工技术。     

砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈

随着地铁建设的蓬勃发展,土压平衡盾构机在全国得到了较为广泛的应用,但伴随而来的却是盾构掘进过程中遇到的地质情况越来越复杂,如果土压平衡盾构施工过程中不能进行很好的控制,极可能对周边环境产生较大影响,造成严重的后果和不良社会影响。兰州轨道1号线土门墩~西客站区间在掘进施工过程中采用"泡沫剂+膨润土+保压"掘进技术,有效地解决了盾构掘进过程中造成地表及建构筑物沉降过大、刀盘及螺旋机卡死、刀具磨损过大、刀盘扭矩及盾构机推力过大等问题,确保了该区间一次性顺利完成掘进,取得了良好的经济和社会效益。     

土压平衡式盾构机的组成及工作原理

本文详细论述了各系统基本控制原理和系统之间的联系。盾构中PLC起了很关键性的作用,每个电机的启动,各个控制柜内PLC模块的通讯和每个放大板的正常工作,都离不开PLC。挖掘切削功能的刀盘是整台盾构的主体,刀盘决定了盾构机掘进的快慢。螺旋输送机决定了盾构机的排渣能力。管片安装机性能决定了安装能力。推进系统是要给刀盘一个推进力,是直接影响掘进速度的一个因素,油脂系统的作用是润滑主轴承,盾尾密封,轴承密封。每个系统都是相互联系的。     

多自由度机器人位姿稳定性控制方法研究

对于多自由度机器人位姿控制方法来说,机器人位姿稳定性受到各种因素的干扰,容易发生位姿失稳现象,为此,提出一种新的方法来解决此问题.采用扩展卡尔曼滤波算法实现多自由度机器人各个传感器数据的有效融合,获取多方位机器人位姿数据;通过传感器信号处理去除机器人位姿测量噪声,使用自适应扩展技术实现机器人参量与姿态角校正信息融合,通过反演积分项自适应调节姿态参量并弥补稳态误差,实现机器人的位姿稳定控制.仿真实验结果表明,该控制方法能够准确实现多自由度机器人位姿稳定性控制,即使引入扰动机制仍然不会出现控制失衡,具有较好的稳态控制效果.     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构运动学建模及仿真

助行训练机器人是一种帮助偏瘫、截瘫患耆进行行走训练的康复设备,其作用是通过对人体骨盆中心和腿部的控制实现行走功能,进而达到锻炼肌肉和康复行走功能的目的．该文提出了4自由度骨盆位姿控制机构,基于齐次坐标变换建说了位姿控制机构的运动学模型,利用MATLAB／Simulink完成了运动学仿真,验证了运动学方程的正确性．本研究为助行训练机器人控制系统设计提供了依据．     

盾构机总推力反算滚刀法向破岩力探讨

分析了盾构机掘进过程的受力状况,建立了盾构机滚刀法向破岩力与掘进总推力之间的量化关系,提出了利用盾构机实测总推力反算滚刀破岩力的方法与步骤.以广州地铁三号线北延段盾构掘进工程为例,验证了本研究提出的方法,计算结果与Rostami预测值具有一致性,并指出反算法向破岩力的关键在于盾构机外壳与周围地层的摩阻力计算,取决于盾构机外壳所受压力的合理估算及盾壳与地层摩擦系数和侧压力系数的正确选取.     

盾构掘进中刀具、刀盘损坏及维修措施探讨

盾构工程施工中,盾构机在掘进中的换刀、刀盘修复等盾构机掘技术是盾构施工不可缺少的工序,特别是经过硬岩地层地段,同时换刀、刀盘修复的技术质量也是能否完成隧道贯通的基本保障,对隧道工程建设的进度、贯通和安全有着一定的影响,作者以广州市轨道交通五号线【潭-员盾构区间】工程为实例,简要阐述盾构机在施工过程中的换刀、刀盘修复技术和部份经验,以作类似工程参考。     

一类二阶非完整平面欠驱动机械系统位姿控制

针对第2关节为被动的平面五连杆欠驱动机械系统,提出一种基于模型降阶的末端位姿控制策略.首先,建立系统数学模型,通过维持第1杆初始状态,将系统降阶为一阶非完整系统;其次,通过分阶段控制驱动杆角度,将系统降阶为3个具有完整约束的两连杆子系统,并基于各子系统积分特性获得驱动杆与欠驱动杆之间的角度约束关系;然后,根据角度约束关系,利用粒子群优化算法计算系统末端位姿对应的各连杆角度;最后,基于李雅普诺夫函数分阶段设计系统控制律,实现系统从初始位姿到目标位姿的控制.仿真结果验证了所提控制策略的有效性.     

换刀机器人位姿误差的研究

为保证换刀机器人和FMS的可靠运行，该文研究FMS中换刀机器人的位置和姿态误差问题，运用齐次变换矩阵和微分关系，建立描述机器人末端操作器——双手爪位姿误差的模型，详细分析影响手部精度的机器人各关节运动误差的来源及其统计特性，对整个换刀机器人的位姿误差进行综合分析、获得手部位姿误差的数值。为机器人的精度分配和评价机构设计提供依据，也给误差控制确立了基础．经过实际运行和测量，证实了位姿误差分析的正确性。     

盾构机密封舱土压平衡综合优化控制

为了实现盾构机掘进过程密封舱土压平衡的精确高效控制,提出了盾构刀盘系统、推进系统和排渣系统的综合优化控制方法.设计了以扭矩切深指数(TPI)和场切深指数(FPI)为特征输入参数的地层识别系统,然后建立了专家控制系统,根据地层识别的量化结果和控制规则给出刀盘转速的控制策略;在此基础上,提出了采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)非线性预测控制方法来协调控制推进速度和螺旋输送机转速,并利用蚁群算法(ACS)滚动优化控制变量,实现密封舱土压平衡控制.实验结果表明即使在工况发生变化时亦能够很好地控制密封舱土压平衡,证明了方法的有效性,实现了盾构机土压平衡的多子系统协调优化控制.