喷浆机器人开题报告.pdfVIP

燕 山 大 学 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：中型喷浆机器人结 构设计与优化 学院（系）：机械工程学院 年级专业： 10 级机电3 班 学生姓名： 刘书金 指导教师： 杨彦东 完成日期： 2014.3.26 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 当今我国处于社会主义现代化建设时期，基础设施大量修建，这使得我 国迫切需要自动化程度高的工程机械以代替人力来加快我国的现代化建设。 在这些基础设施中，铁路、公路隧道，矿山巷道，水利和水电的隧洞和涵洞， 地铁以及各种地下建筑等都在进行大量的建设。铁路和公路每年就要开挖 300 公里隧道，特别是在我国铁路、公路建设重点地区的西南部和南部地区， 为适应车速越来越快的发展趋势，线路尽可能少拐弯，隧道开挖量会更大， 在这些建设中都采用的一种新型的建设方法—喷浆支护。 喷浆支护技术是从二十世纪五十年代开始发展起来的一项新技术, 喷 浆(即喷混凝土)是矿山巷道、各类隧道、地下建筑和高层建筑基坑等施工中 [1] 广泛采用的支护方法 。传统的衬砌作用是被动的承受围岩的蹋落载荷,新 奥法(NewAusritnaTunneilngMehtde)以充分发挥围岩自承能力为目的,以喷 射混凝土与锚杆为主要手段,以现场测量作为检验围岩稳定性与支护效果的 [2] 依据 。喷射混凝土支护具有强度高、减少巷道开拓量、降低支护成本、提 高围岩自撑支护效能、使支护层厚度减少和加快施工进度的特点。 与传统的木材、钢梁支护方法相比，喷浆支护不仅节省大量木材和钢材， 而且具有施工速度快、支护效果好等优点。但喷浆支护也存在一些待解决的 问题，如人工喷浆时，回弹造成的飞沙走石使工人不敢抬头睁眼，致使无法 [3] 保持喷枪与受喷面垂直，也无法使喷枪口与受喷面保持最佳距离 。这样， 不仅混凝土的回弹率高（30－50%），浪费材料，而且混凝土结构疏密不一， 不能保证喷层的质量。另外对大断面隧道，人工喷浆需要搭脚手架，影响施 工进度，且费工费料。国外从60 年代开始采用机械手喷浆，现在国内采用 的喷浆机械手全是进口的，单价一般在260－500 万元人民币之间，并且维 修和配件供应都很困难。为解决这些困难，山东科技大学机器人研究中心从 1994 年开始着手 “喷浆机器人”的研制。2000 年初第一台大型喷浆机器人 已完成，第二台大型喷浆机器人已用于西安－合肥的铁路隧道施工。 图1 第一台大型喷浆机器人 2009 年山东科技大学课题组进行PJR 一X 型喷浆机器人的仿真研究， 他建立了机器人的三维几何模型和运动学模型,为机器人的控制及仿真等工 作提供准确的理论分析基础。并进一步建立了机器人的虚拟样机模型[4] 图2 PJR-X 型喷浆机器人 该机器人与第一台喷浆机器人相比，它的优点在于，当大臂运动时大笔 的末端的运动轨迹近似一条铅垂的直线，操作更加方便。 2010 年山东科技大学继续喷浆机器人的研究。它运用优化设计理论， [5] 对平衡油缸联动机构建立数学模型，求解得到了最优设计方案 。 同年山东科技大学樊炳辉课题组以PJR-ZX 型喷浆机器人为基础,利用 新颖的虚拟样机设计方法为其设计一套交互式虚拟样机控制系统。取得了以 下研究成果: (l)推导出机器人末端执行器的位姿方程,并结合曲线拟合的方法求解 出相应的逆运动学方程； (2)建立虚拟样机。开发出基于的openGL 喷浆机器人三维运动仿真系 统。该系统逼真地模拟了真实机器人的运动情况,实现了外部实时操作、场 景漫游、正运动学参数显示、逆运动学位姿求解和示教展示等功能。[6] 现今，我国已成功研制出具有遥控主从和自动轨迹两种控制方式