【摘 要】
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目前煤矿巷道永久支护作业中锚网运输与布放主要依靠工人操作完成,存在工作效率低、劳动强度大,安全风险高等问题。在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统的基础上,提出一种煤矿巷道掘进锚网叉取与运放机器人系统,旨在提高锚网叉取和布放的准确性、可靠性和自动化程度。研究分析了煤矿智能掘进机器人系统中锚网叉取和布放的需求,提出了锚网叉取和运放机器人系统总体方案,并研发了一种新型锚网;分别提出了锚网叉取机器人和锚网运
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目前煤矿巷道永久支护作业中锚网运输与布放主要依靠工人操作完成,存在工作效率低、劳动强度大,安全风险高等问题。在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统的基础上,提出一种煤矿巷道掘进锚网叉取与运放机器人系统,旨在提高锚网叉取和布放的准确性、可靠性和自动化程度。研究分析了煤矿智能掘进机器人系统中锚网叉取和布放的需求,提出了锚网叉取和运放机器人系统总体方案,并研发了一种新型锚网;分别提出了锚网叉取机器人和锚网运放机器人结构方案;制订了锚网叉取和运放工艺流程。研究设计了锚网叉取机器人以及锚网运放机器人机械结构,设计了一种直线差动式行程倍增机构,利用Solidworks建立机器人系统三维模型。对取网机械臂及布网护盾的机械结构进行受力分析,并利用Ansys有限元分析软件获得关键零部件受力仿真云图,验证了结构设计的可靠性。基于锚护系统作业机制,提出了一种U型可折叠锚网方案,通过单次运输即可满足一个进尺断面的锚护需求。研究分析了机器人履带行走机构的稳定性,结合正向倾覆和侧向倾覆两种情况给出了机器人作业的安全坡度。研究分析了 U型锚网在折叠状态下受自重力影响所发生的变形,为优化机械臂设计提供依据。通过模态分析锚网运输过程中桁架机械臂与链式运输机架的结构自振频率特性,分别得到其六阶振态模型与其固有频率。研究分析了锚网叉取机器人机械臂的运动学及轨迹规划问题,采用齐次变换矩阵和D-H建模法,建立机械臂的运动学模型,采用Paul反变换法完成逆运动学求解;利用Matlab Robotic建立机械臂的仿真模型,验证运动学模型的正确性。基于几何法对桁架机械臂进行了工作空间分析,得到了桁架机械臂的可达工作空间仿真云图。分析了桁架机械臂在关节空间及操作空间的运动规划方法,在关节空间采用三次及五次多项式插值进行轨迹规划,在操作空间采用基于梯形加减速线性规划方法。采用拉格朗日动力学方法建立桁架机械臂的动力学模型,通过对桁架机械臂进行运动学仿真分析,使用ADAMS虚拟样机仿真平台分别得到关节空间的五次插值规划和操作空间线性规划的运动曲线。研究、分析和仿真表明,本文设计的煤矿巷道掘进锚网叉取与运放机器人系统功能完善,结构合理,能够实现锚网自动叉取与运放。
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