多关节凿岩机械手快速定位方法

凿岩机器人在工作时,完成的任务是随机的,它每1只机械手具有6个转动关节和3个移动关节.在定位时,其运动学逆运算过程相当复杂,为满足实时控制的需要,必须实现快速逆运算.作者在分析凿岩机器人钻臂结构的基础上,利用钻臂的双三角支架的空间平移性能,根据各关节变化所引起的钻臂端部位姿的变化,综合机器人学中运动学知识,建立一个专家系统,采用拟人化的方案--"先定点,再定位姿",解决凿岩臂的快速定位问题,以实现描述各关节位置的变量的快速逆运算.根据实际工作情况,首先使钻臂的端点与目标定位点重合,求解出相应的关节运动变量的值,然后把凿岩机械手看作闭链机构,再选择相应的运动关节确定钻臂的空间位置,从而简化了计算的难度,可快速、精确地求解机械手的各关节变量值.     

多臂机器人系统的运动学分析

低序体阵列采用“阵列”而非“矩阵”的形式描述多臂机器人系统的拓扑结构。基于低序体阵列，运用偏（角）速度、广义速率等概念，形成多臂机器人系统的运动学模型。该模型以偏（角）速度为方程系数的基本组合模块，具有形式简洁且易于化的特点。以双臂机器人刚性夹持物体为例，讨论了该算例的运动学特性，并给出了相应的数字仿真结果。     

三角钻臂的运动控制研究

建立了三角臂的杆件坐标系，利用多关节闭链的约束条件建立了运动学方程，得到了由给定钻臂位置计算油缸长度的精确算式．增加油缸俯仰角的测量点后，得到缸长的简化算式，减小了油缸长度的在线计算量，应用该式可提高三角钻臂轨迹控制的精确度。     

多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

多臂自由飞行空间机器人运动学特性研究

研究了在空间微重力环境下多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学特性 ,建立了多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学模型 ,在推导运动方程的基础上对多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学特性进行了分析 ,给出了计算机仿真实验结果 .     

凿岩钻臂模糊PID控制的研究

就凿岩钻臂的自动定位系统进行了研究.针对比例阀阀控非对称缸位置系统存在的响应较慢、时变严重等特点,提出了模糊自适应整定PID(Proportional-Integral-Differential)的控制策略,仿真结果表明,这种方法具有结构简单、实时性好、对参数的扰动具有较强的鲁棒性等优点,可以实现钻臂的精确定位.     

双三角钻臂及其液压系统的建模与参数估计

双三角钻臂具有结构紧凑、运行平稳、凿岩无盲区等优点,被凿岩机器人所采用.为了控制钻臂,对轨迹进行跟踪和精确定位,要求建立钻臂及其液压系统的数学模型.然而,该系统十分复杂,具有非线性和快时变的特点,要建立其精确的模型很困难,也没有必要.作者从液压系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手,对双三角钻臂及其液压驱动系统机理建模.在建模过程中,忽略一些对模型精度影响不大的次要因素,获得了系统的简化模型.通过对钻臂的结构和受力进行分析,导出了模型中的参数、液压缸负载力的估算公式和估算方法,为实现钻臂的轨迹跟踪和精确定位控制打下了基础.     

机器人操作臂逆运动学分析

在很多机器人应用问题中,人们感兴趣的是操作臂末端执行器相对于基础坐标系的空间描述。文章结合实验平台——5DOF操作型机器人,主要用D-H表示法研究了关节变量空间和末端执行器位置和姿态之间的关系,即运动学逆问题。     

液压凿岩台车钻臂振动特性分析

钻臂作为凿岩定位工作的直接完成者,在凿岩冲击反力激励下往往会振幅过大,影响成孔质量和液压元器件、钻臂的使用寿命。因此有必要对凿岩机的激励特性、结构动力学特性和振动响应进行研究。以阿特拉斯凿岩台车钻臂和Cop 1838ME型凿岩机为研究对象,对凿岩机活塞进行动力学分析,并采集活塞动力学数据,得到了振动激励的定量计算公式。利用hypermesh建立全钻臂的有限元模型,进行有限元模态分析,得到钻臂结构的动力学特性。进而对钻臂进行瞬态分析,得到钻臂的振动响应。对通常的钻臂、凿岩机和其他冲机器的振动分析和减振设计、力学分析以及轻量化设计具有一定的指导意义。     

双三角钻臂直接定位自适应预测控制

针对复杂非线性系统控制中闭环预测存在的缺陷,提出了一种适合于一般非线性系统的非齐次时变线性模型,给出并证明了其存在性定理,推出了基于该类模型的自适应预测控制算法;引入直角坐标系和斜角坐标系来描述双三角钻臂的结构和运动特性,通过坐标变换,根据给定的钻臂目标运行轨迹对各液压缸的运行速度作出决策,采用自适应预测控制策略控制其运行速度;在原有双臂凿岩台车的基础上研制了一套完整的凿岩台车两级计算机控制系统,应用上述方法实现了双三角钻臂轨迹跟踪直接定位控制.     

凿岩机器人的车体定位

凿岩机器人作业前必须首先确定车体的空间位置．作者在机器人运动学研究的基础上,提出了车体定位的方案,以隧道激光束为基准,通过齐次坐标变换,建立了凿岩机器人车体坐标系与隧道断面绝对坐标系关系的数学模型,并编写了快速求解程序,使在理想断面上设计的爆破孔的位姿方便、快速地变换成机械手各个关节的变量,实现机械手在运动空间的定位,为凿岩机器人的实用化研究打下了良好的基础     

伐根清理机器人机械手运动分析

介绍了伐根清理机器人的基本构造与主要功能,通过齐次变换导出机械手的运动方程式,并针以作业程序中需要进行伺服控制的国个环节进行了运动分析和静力计算,从而为控制系统的设计找出理论依据。     

机器人运动分析自动建模

用计算机代数系统自动生成机器人运动学模型,是机器人运动学建模的新课题。本文将计算机代数系统移植到机器人运动学自动建模研究,开发了适用于计算3～6个自由度的机器人运动学正、反解的计算机代数软件系统。该程序软件采用计算机代数语言REDUCE3·2编写,并在微机上实现。     

冲击凿岩机具设计与岩石动力破碎特性

本文结合作者和国内外对岩石动力破碎特所作的一些研究、阐述了冲击式凿岩机具的设计和选型时所必须考虑的一些岩石方面的因素，并指出：在大力加强岩石破碎力学性质研究的同时，必须努力促进该领域基础性研究成果向凿岩机具产品设计方面的转化。     

切削具的“后部效应”对岩石破碎的影响

本文通过一个光弹实验和静压卸载实验,着重讨论了钻井中做回转运动的切削具后部的岩石表面上出现张裂纹和卸载破坏的问题。光弹实验表明,运动的切削具(如金刚石颗粒)在其后部的岩石中诱发出一个张应力区,最大张应力是在岩石表面上,在此表面上极易形成微小张裂纹。卸载实验表明,对某些脆性岩石(如花岗岩),载荷只要达到其压碎载荷的60％以上,就可以通过卸载方式破坏岩石。     

强烈蚀变火山岩地层组构及其防塌钻井液研究

在辽东湾、渤海湾及其邻近的冀东油田和大港油田东部的钻遇地层中存在易塌的火山岩地层。为了探寻适用于该地层的防塌措施,对冀东油田M27－27井岩心的岩石结构、矿物组成,水分含量、线膨胀率,回收率和稳定指数等进行了分析。结果表明,该套岩层含有大量蛋白石等粘土矿物,且非均质性严重,成分复杂,裂隙发育。因此,在钻进过程中,该井段的钻井液需要有强抑制、强封堵、低失水的性能。基于这一认识,优选出多元醇防塌钻井液。现场试验结果表明,该钻井液体系有效地保证了玄武岩井段的安全顺利钻进及井眼规则性。     

强烈蚀变火山岩地层组构及其防塌钻井液研究

在辽东湾、渤海湾及其邻近的冀东油田和大港油田东部的钻遇地层中存在易塌的火山岩地层。为了探寻适用于该地层的防塌措施 ,对冀东油田M2 7- 2 7井岩心的岩石结构、矿物组成、水分含量、线膨胀率、回收率和稳定指数等进行了分析。结果表明 ,该套岩层含有大量蛋白石等粘土矿物 ,且非均质性严重 ,成分复杂 ,裂隙发育。因此 ,在钻进过程中 ,该井段的钻井液需要有强抑制、强封堵、低失水的性能。基于这一认识 ,优选出了多元醇防塌钻井液。现场试验结果表明 ,该钻井液体系有效地保证了玄武岩井段的安全顺利钻进及井眼规则性。