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锚梁支护机器人设计及仿真分析

周达  
【摘要】:锚梁支护是在锚杆支护基础上发展起来的一种特殊的支护方式,它将W钢带与锚杆配套作用,利用W钢带把多根分散锚杆联结起来形成一个整体承载结构。将锚杆对围岩的作用力从集中力变为分布力,保证围岩整体稳定性。针对目前锚梁支护时间长、自动化程度低的问题,以履带车体为基础,对锚梁支护机器人进行研究。结合运动学理论、机液耦合分析方法,以实现锚梁支护自动化为目标,对其钻支系统的机械结构、运动学分析以及机液联合动态特性分析等方面进行了较为详细的研究。基于巷道锚梁支护实际工况要求,确定锚梁支护机器人的钻支系统由托举梁机械臂与钻臂组成。进行托举梁机械臂与自动换钻机构的结构设计,并对托举梁机械臂进行动强度分析,证明其强度满足要求。对锚梁支护机器人进行正运动学分析,建立托举梁机械臂正运动学的D-H方程,验证正运动学求解的准确性,得到锚梁支护机器人末端执行机构位姿与各关节变量间的关系。利用BP神经网络对锚梁支护机器人进行逆运动学分析,其中针对伸长关节的数量级与其他转动关节数量级相差过大的问题,对其单独进行逆运动学分析。分析结果显示转动关节的误差控制在0.005rad内,伸长关节的误差控制在0.5mm以内,满足精确控制的需求。针对传统液压分析单一负载变化无法真实反应工作时液压缸负载与其流量间关系的问题,对锚梁支护机器人钻支系统的动力学模型与液压模型进行机液联合分析,通过分析液压缸动态特性的变化,不但证明液压缸本身强度符合工作要求,也证明液压模型中的阀前压力补偿回路效果显著,可以实现与负载无关的无级控制。基于锚梁支护机器人的机械结构与液压系统,利用S7-200 SMART PLC对其进行控制,根据所计算的各关节逆解数值,通过传感器反馈以控制锚梁支护机器人的动作。基于MCGS组态软件,搭建控制系统的可视化界面,实现锚梁支护机器人的机械与自动双控制,并实时显示各执行元件的动作量。通过进行自动控制试验,证明运动学逆解误差在两个动作时的误差分别是1mm、2mm;阀前压力补偿回路效果明显,可以实现与负载无关的无级控制。该论文有图76幅,表24个,参考文献114篇。


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