掘进机器人仿形截割建模与轨迹仿真研究.pdf

《掘进机器人仿形截割建模与轨迹仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第27卷第3期计算机仿真2010年3月文章编号：1006—9348(2010)03—0175—04掘进机器人仿形截割建模与轨迹仿真研究毛君，李建刚，陈洪月(辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新123000)摘要：针对掘进机器人掘进过程中，尖峰负荷影响，及切割机构的非平稳振动，引起欠挖和超挖，机器损耗加剧等问题，以悬臂式掘进机巷道自动成形为研究对象，建立了掘进机仿形截割的动态数学模型，推导出截割头运动到半圆拱形巷道边界时，悬臂偏移角和油缸伸长量之间的通用公式，在使用数字液压缸按照所给巷道运动时，通过控制各个油缸伸长量来实现掘

2、进机的自动控制机理。采用MATLAB软件仿真了截割头仿形截割运动过程，取得和实际工况相一致的结果，验证了模型的可行性和优越性，为掘进机器人研究奠定了通用的控制理论基础。关键词：掘进机器人；仿形截割；建模与仿真；截割轨迹中图分类号：TD421．54文献标识码：AModelingandPathSimulationResearchofProfilingCuttingforTunnelRobotMAOJun，LIJian—gang，CHENHong—yue(CollegeofMechanicalEngineering，Liaonin

3、gTechnicalUniversity，FuxinLiaoning123000，China)ABSTRACT：Aimedattheproblemsofoverorunderexcavating，machinedissipationaggravatingetccausedbytoploadinfluenceandnon—stationaryvibrationofcuttingdevicesinroboticroadheadertunnelling，theboom—typeroad-headertunnelautomaticm

4、oldingWaSinvestigated，dynamicmodelofprofilingmemorycuttingforroadheaderWaSbuilt．ThegeneralformulaoftheangleofboomdeviationandoilcylinderelongationWaSobtained．Thehorizontalswing，verticalswingandcompoundmotionofroadheaderwererealizedthroughcontrollingeachcylinderelon

5、gation．Whendigitalhydrauliccylinderwasmovingaccordingtothegiventunnel，auto—tunnelingcontrollingisimplemen—ted．MATLABisusedtosimulatethemotionprocessofcuttingheadprofilingcutting．TheconsistentresultWaSob-rainedwiththeactualconditions．ThefeaSibilityandsuperiorityofth

6、emodelwereverified．Thestudylaystheuniver-salcontroltheoreticalfoundationfortunnelrobotresearch．KEYWORDS：Tunnelrobot；Profilingcutting；Modelingandsimulation；Cuttingpathl引言巷道施工是一项多粉尘、潮湿、振动与噪声污染严重且劳动强度大的工作，而悬臂式掘进机是巷道施工中的主力设备，并已在采矿工程和地下工程中得到广泛应用。掘进机通过截割头的旋转和悬臂的上下、左右自由摆动

7、，带动截割头截割出所需形状的断面⋯。掘进断面的大小取决于悬臂长度及其摆角大小。按照设计的巷道尺寸，掘进机仿形截割可获得规整的断面形状和要求尺寸，减少无用的掘进量和充填量，提高掘进效率，极大地降低巷道掘进成本，经济效益显著。国外已开始研究掘进机的仿形截割，而国内尚未正式开基金项目：辽宁省高校重点实验室基金(20060369)；辽宁工程技术大学大型工矿装备实验研究中心基金(2007—64)收稿日期：2008—12—12修回日期：2009—02—09始，还处于理论探索阶段旧qJ。此研究作为掘进机器人研究的重要组成部分，对发展我国全

8、自动掘进机和推动矿山机器人的研究都具有积极意义。根据掘进机器人机构空间位置和运动情况，建立了适合实际工况下自动控制的仿形截割数学模型，并采用MATLAB对EBZ一160型掘进机截割头的运动轨迹进行仿真，验证掘进机仿形截割模型的可行性和有效性，为使掘进朝高效、安全、智能、无人化的方向前进和掘