隧道鑿巖機器人鉆臂關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路、公路、水利水電工程如火如荼的進行，將會面對大量的隧道開挖工程，針對施工過程中的鑿巖精度、工作效率、施工安全、工作環(huán)境等要求也越來越高。隧道鑿巖機器人作為隧道開挖中鉆爆法的重要鑿巖施工機械，可以大大改善炮眼鈷鑿的位置精度、提高鑿巖速率、保障施工安全等問題。本文以國外某型隧道鑿巖機器人的鉆臂裝置為主要研究對象，對其進行了系統(tǒng)分析和仿真研究。
　　運動學(xué)分析。根據(jù)建立的鉆臂三維模型，運用Denavit-Hartenbe

2、rg法，在每個關(guān)節(jié)上固結(jié)一個坐標(biāo)系，根據(jù)機器人運動學(xué)的知識計算出各相鄰桿件之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，再算出鉆臂末端坐標(biāo)系相對于基座標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。然后在計算軟件中編程出鉆臂釬桿末端相對于基座標(biāo)的坐標(biāo)求解程序，運行程序后得到鉆臂理想情況下的工作空間圖。并對鉆臂運動學(xué)逆解求解中的反變換法進行了探討。
　　靜力學(xué)分析。在分析之前對鉆臂的三維模型進行了必要的簡化，將簡化模型導(dǎo)入有限元軟件中求解靜力學(xué)問題。針對六種工況進行具體分析，得到了鉆臂在這

3、六種工況下的應(yīng)力云圖、應(yīng)變云圖，驗證了鉆臂的靜力強度。
　　模態(tài)分析。得到了鉆臂前十二階的固有頻率以及各階模態(tài)下的變形情況。在第四階和第五階中鉆臂的變形情況最嚴重，在實際工作過程中應(yīng)盡量避免在此兩階頻率中工作，以免產(chǎn)生共振現(xiàn)象，破壞鉆臂的結(jié)構(gòu)強度。
　　最后在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上對鉆臂進行諧響應(yīng)分析，求解出三種工況下釬桿端面和小臂上表面的幅頻響應(yīng)曲線，得到了鉆臂發(fā)生共振的幅值、頻率以及主振型等數(shù)據(jù)。為分析鉆臂的動態(tài)特性以及優(yōu)化設(shè)