地下挖掘機器人仿生設(shè)計及動力特性分析.pdf

1、地下挖掘機器人廣泛應(yīng)用于城市地下管線施工、野外地下探測、災(zāi)后地下搜索救援等領(lǐng)域，可以極大地縮短工期，降低施工風(fēng)險及勞動力，具有廣闊的應(yīng)用前景。論文對國內(nèi)外有關(guān)地下挖掘機器人的結(jié)構(gòu)及運動學(xué)、挖掘過程力學(xué)特性及挖掘部件仿生設(shè)計方法做了分析與研究，針對現(xiàn)有機器人在結(jié)構(gòu)和功能上的不足，設(shè)計了一種能夠同時執(zhí)行挖土、鏟土及擠土動作，運動靈活、成孔效率高的地下挖掘機器人。以挖洞直徑、軌跡要求和位移匹配為目標(biāo)，設(shè)計了機器人總體結(jié)構(gòu)，并對主要工作部件進(jìn)行

2、了詳細(xì)設(shè)計。在運動學(xué)和動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了挖斗機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及動力參數(shù)，并通過對挖斗的仿生設(shè)計及有限元分析，改進(jìn)了其力學(xué)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了機器人各執(zhí)行機構(gòu)的運動軌跡、運動次序關(guān)系、位移匹配要求，分析了挖土、鏟土、擠土動作的可實現(xiàn)性，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了機器人總體方案和主要功能模塊。⑵利用ADAMS虛擬樣機技術(shù)，對機器人進(jìn)行了運動學(xué)仿真分析，優(yōu)化了挖斗機構(gòu)、鏟斗機構(gòu)及擠壓機構(gòu)的運動軌跡及結(jié)構(gòu)參數(shù);同時按照設(shè)計

3、的運動次序工作時，挖土運動、鏟土運動及擠土運動滿足位移匹配的要求，運動過程銜接緊密;通過機器人速度、加速度分析，驗證了挖掘運動的平穩(wěn)性，并為后續(xù)的動力學(xué)分析提供了依據(jù)。⑶建立了挖土阻力的數(shù)學(xué)模型，通過分析切削角度、切削速度及切削厚度對挖土阻力的影響，結(jié)合實際挖土作業(yè)的環(huán)境和要求，確定了挖斗機構(gòu)最佳切削運動參數(shù);在滿足最佳切削運動參數(shù)的條件下，結(jié)合挖斗機構(gòu)速度、加速度分析結(jié)果，分析了挖土阻力隨時間的變化規(guī)律，得出驅(qū)動電機的扭矩及輸出功率。