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1、系统工程与电子技术第25卷第11期SystemsEngineeringandElectronicsVol125No111,2003 文章编号:1001O506X(2003)11O1435O03基于CAN的喷浆机器人电控系统高可靠性设计12112周风余,杨福广,李贻斌,宋 锐,肖海荣(11山东大学控制科学与工程学院,山东济南250031;21山东交通学院,山东济南250023)摘 要:为了解决人工喷浆的诸多缺陷,设计制造出了功能强、可靠性高的系列喷浆机器人。对大型喷浆机器人的结构设计的合理性进行了简单介绍。重点给出了控制系统的高可靠性设计过程,并进行了理论
2、分析。现场应用表明,该设计完全满足了喷浆机器人在恶劣环境下工作的要求。关键词:机器人;控制系统;可靠性设计中图分类号:TP24212文献标识码:AHighReliabilityDesignfortheControlSystemoftheShotcreteRobotBasedonCAN12112ZHOUFeng2yu,YANGFu2guang,LIYi2bin,SONGRui,XIAOHai2rong(11ShandongUniversity,Jinan250031,China;21ShandongJiaotongUniversity,Jinan25002
3、3,China)Abstract:Aseriesofshotcreterobotswhichhaveahighperformanceandreliabilityforsolvingmanylimitationsofartificialshotcretearedeveloped.Rationalityofthemechanicalstructureofabigshotcreterobotisintroducedbriefly.Thenthehighreliabilitydesignprocessandthetheoreticalanalysisofcont
4、rolsystemsarepresentedemphatically.Fieldapplicationindicatesthatthedesignmeetstherequirementsfortherobottoworkinadversecircumstancescompletely.Keywords:Robot;Controlsystem;Reliabilitydesign统的高可靠性设计过程并进行了理论分析。1 引 言2 大型喷浆机器人机械结构设计矿山、铁路、公路、地铁隧道及水利涵洞常采用“钻爆法”喷浆机器人是一种专用工程化机器人,机器人的机械结开挖
5、,然后向两邦和拱顶喷射混凝土,凝固后就起到支护的[1]构合理与否,不仅关系到其功能能否实现,而且直接影响机作用,这种方法称为“喷浆支护”,它是目前世界上广泛流器人控制系统的复杂程度,从而决定了机器人的成本和性行的支护方法。但是,直到现在,基本上仍然采用人工喷浆,能。因此,如何根据喷浆作业的工艺要求,合理设计机器人即由工作人员手持喷枪进行作业。人工喷浆存在严重不足:的机械结构,使其能用最简单的动作完成所要求的作业,就①喷浆作业时,混凝土回弹率高达30%～50%,即大量混凝成为一个比较关键的问题。在充分了解喷浆作业环境和喷土弹落回地面,造成材料的大量浪费;②
6、作业现场粉尘飞浆工艺要求的基础上,摒弃机器人常规结构形式,针对喷浆扬,严重危害工人健康;③大断面隧道高度一般在6m～作业的特点,设计了一种全新的大型喷浆机器人。该机器人10m,甚至更高,人工喷浆时需要脚手架,这样不仅施工进度的主体结构主要由6个部分组成:运载装置、回转台、大臂、慢,而且费工、费料,作业效率低;④工程质量无法控制。例小臂、手腕和喷枪。图1所示为大型喷浆机器人回转台以上如,爆破后不能及时喷浆,造成了围岩的松动等。各国的研[2,3]部分。究指出,解决上述问题的主要措施是采用机械手或机器人喷浆。采用机器人喷浆,除能省去脚手架之外,更主要的是喷3
7、机器人控制系统的高可靠性设计浆作业能按“喷浆工艺”要求进行,做到喷枪与受喷面垂直并喷浆机器人是一种适应于工程隧道锚喷支护,具有一定与受喷面保持1m左右的距离,这是大幅度减少回弹的最有智能的机器。对于这种特殊的工作环境,要求喷浆机器人具效措施,而人工喷浆是根本无法做到的;同时,还能显著加快备自动轨迹控制(自动规划控制器节点完成)和主从遥控操施工进度和提高工程质量。本文以大型喷浆机器人为例,对作控制(示教操作器节点完成)两种工作方式,同时根据喷浆喷浆机器人的结构设计进行了简单介绍,重点给出了控制系工艺要求,控制系统应具有综合决策、系统协调、运动轨迹示收稿日期
8、:2002-06-26修订日期:2003-03-27基金项目:国家“863”高技
