喷浆机器人手臂结构设计.txt

冶金矿山设计与建设第31卷第5期Metalminedesign and construction1999年9月喷浆机器人手臂结构设计0山东矿业学院李云江樊炳辉荣学文摘要介绍了喷浆机器人的结构原理和动作特点,及主要设计参数。实践证明,该方法行之有效。关键词喷浆机器人手臂结构设计并阐述了机器人大小臂的设计要点D esignonarmABSTRACTT hestructureof shotcreterobotL iYunjiang and movementcharacteristicsofshotcreterobotarepresentedinthepaper, itskeypointsandmainparametersin designaredescribed. It is shownthroughapplicationthat the method SShotcrete robotArmStructuraldesign喷浆支护是广泛采用的支护方法,但也存在重要缺点,特别是人工喷浆,回弹率高、粉尘大、影响施工质量和施工进度等。造成这些缺点的原因是十分复杂的。实践表明,人工喷浆作业自动化程度低,是造成上述缺点的最重要因素之一。人工喷浆作业时,回弹物使得操作者无法抬头、睁眼、不敢站在受喷点的正下方而不得不远离受喷点进行喷浆作业,这就必然造成回弹率高,回弹物多,使得粉尘增多,混凝土中的速凝剂对人图1喷浆机器人结构示意图的危害也大,这都严重危害人们的健康。; ; ; ; ,人工喷浆将臂;; ; 8, 10, 12, 15, ,喷浆机器人将成为必备的设备。我国从马达; ; ; ; ,煤炭部、铁道部、水电部和冶金部枪头; ,并取得了一该机器人有6个自由度,即大臂俯仰,小臂些进展。山东矿业学院机器人研究中心由于得到摆动,手腕转动,喷枪摆动,喷枪转动和整车行了国家863计划的支持,在该方面取得了突出走。其动作原理与结构特点是:的成绩。(1)大臂由四连杆组件5和平衡拉杆组件3构成的三重四连杆机构组成,在油缸9的驱1机械结构原理动下作俯仰运动,由于四连杆件5各部件尺寸喷浆机器人的结构方案如图1所示:的制约,大臂末端的运动轨迹为一条近似的铅垂国家863计划资助项目和“九2五”科技成果重点推广计划线。0项目。(2)小臂(即四连杆件11)在液压马达10的转动。条件为约束,设计。优化的结果,大臂各部分的最佳结构尺寸为: AB=CD =的转动。条件为约束,设计。优化的结果,大臂各部分的最佳结构尺寸为: AB=CD =1999年9月李云江等喷浆机器人手臂结构设计31的驱动下可在水平面内做±50°的摆动,由于小臂四连杆做成平行四边形机构,故摆动时,其末端做平动运动。(3)手腕由油马达及蜗轮蜗杆机构12构成,手腕转动带动枪杆13在隧道横断面的拱部摆动。(4)油马达17驱动喷枪做±50°的摆动(喷枪摆动) ,以调整喷枪的姿态,这样可在遇到大凹时,使得喷枪垂直受喷面。(5)油马达15驱动喷枪做±°即喷枪自转时,即可完成喷枪口的划圆动作。的要求,该机器人大臂结构的设计,应重点保证其良好的运动性能,如使其末端的运动轨迹近似一条铅垂线,以满足喷浆工艺的基本要求。为此,以大臂前端运动轨迹与铅垂线的绝对偏差值最小、各杆件的总体尺寸最小、大臂的起落高度范围大于或等于1800mm为目标函数,以∠BCE与大臂前端的升降呈单调对应关系,及其它等对大臂结构从整体上进行了优化467 mm, BC= 639 mm ,CE= 451mm,247 mm, DE=247mm ,CF = 1082mm ,L 1(6)油马达8驱动底盘车7作前后往复运动,使得喷枪能水平移动。由于篇幅的限制,本文只介绍机器人大小臂的结构设计。2大臂设计对喷浆机器人大臂结构及其驱动装置的设计要求有:(1)大臂的起落高度范围要大于或等于1800 mm ,从而能适应国内煤矿各种断面巷道的要求。(2)大臂前端的运动轨迹应近似一条铅垂线,其轨迹与铅垂线的绝对偏差值不大于35mm。(3)运动中∠BCE(图2)的增减应与大臂前端的升降呈单调对应关系(因为在关节C处要装一个角位移传感器)。(4)在大臂的有效工作范围内,油缸的最大工作压力角A不大于±50°。图2大臂数学模型综合考虑喷浆作业的特点及对机器人大臂= 833mm ,L2=1066mm,H1= 371 mm ,H2=451 mm。按此尺寸构成的大臂的运动性能为:(1) F点的起落高度为1820 m