煤矿用自动钻机钻杆输送机械手结构及动态特性研究

来源 :煤炭科学研究总院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:magic1213cam
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目前煤矿瓦斯、水害、冲击地压等灾害治理所用到的煤矿钻机基本采用人工方式进行上下钻杆,该方式劳动强度大,且施工环境对施工作人员的身体健康和生命安全具有一定威胁。为保障钻机操作人员的人身安全,同时响应煤机装备智能化发展的国家要求,有必要对煤矿钻机钻杆自动输送系统开展研究。本文在调研各种钻机的钻杆自动输送系统和各种机械手的基础上,设计出基于机械手的钻杆自动输送系统并对所设计的机械手的动态特性进行分析,通过研究实现了煤矿钻机钻杆自动、平稳、快速的输送。全文主要研究内容包括以下几个方面:根据人工上下钻杆流程,提出基于复合关节机械手的煤矿用自动钻机钻杆自动输送方案。对钻杆输送机械手关键零部件进行设计,具体包括夹紧关节的设计和伸缩关节的设计。根据设计结果运用Inventor对机械手结构进行建模,并通过有限元分析软件对零部件进行优化。运用Denavit-Hartenberg(D-H)矩阵分析法对钻杆输送机械手的运动学进行分析,推导出各关节相对于基础坐标系的位置,确定机械手的运动空间,同时通过运动学逆解,为机械手的运动控制提供依据。对机械手各关节的到位条件进行分析,确定各关节的定位方法。分析钻杆输送机械手控制系统,以翻转关节控制系统为例对机械手的动态特性进开展研究,建立翻转关节控制模型,采用MATLAB Simulink对系统模型进行仿真,并采用PID控制对控制系统进行调节,改善控制系统的动态特性。最后进行实验验证,通过测量实际工作时翻转关节的动态特性,并进行钻杆输送实验,检验所设计的煤矿用自动钻机钻杆输送机械手的结构合理性,以及动态特性的响应速度、平稳性。
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