矿井信息探测机械手设计及运动学分析
本文关键词:矿井信息探测机械手设计及运动学分析
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【摘要】:我国是一个产煤大国,煤层地质条件复杂,故近年来煤矿事故频发,已造成重大的人员伤亡。为了及时挽救遇难矿工的生命,降低国家和人民的财产损失,煤矿信息探测及救援机器人的研制成为当前煤矿安全生产工作的一个重要任务。本文主要探讨了以下几方面的内容:一、矿井信息探测机械手实验平台设计。由于煤矿灾害发生后矿井环境的复杂性,传统的煤矿信息探测及救援机器人的行走受到了极大的限制。本文采用能够沿顶板轨道行走的矿井信息探测机械手进行灾害信息探测,该信息探测机械手具有三自由度,并且装有防爆摄像头、多参数气体探测传感器,手爪,并建立了矿井信息探测机械手实验平台的Pro/E三维实体模型。该信息探测机械手不仅能够较好的完成信息探测及救援物资运送,而且避免了复杂的井下灾后地理环境的阻碍,并能完成避障清障任务,为煤矿信息探测及救援机器人的发展提供了一个新方向。二、矿井信息探测机械手正逆运动学分析。为更加准确地对运行中的矿井信息探测机械手末端执行器的位置进行跟踪,结合不同的煤矿巷道形式(水平—倾斜—弯曲),采用D-H参数法对矿井信息探测机械手进行运动学转化模型建模,得出了矿井信息探测机械手运动学正、逆运动学模型。三、矿井信息探测机械手工作空间分析。结合不同的煤矿巷道形式,对矿井信息探测机械手的工作空间进行分析。绘制了矿井信息探测机械手的工作空间剖面图,对矿井信息探测机械手的工作空间范围进行了确定,其工作空间不存在空腔,证实了本文所设计的矿井信息探测机械手能够满足矿井信息探测及物资运送,避障清障要求。四、矿井信息探测机械手运动学仿真分析。采用Pro/E软件实现了处于不同轨道形式的矿井信息探测机械手运动学模型,并进行了Pro/E运动学分析,得出处于不同轨道形式运行的矿井信息探测机械手的腕点位移、速度、加速度曲线图,并证实运动学理论结果的正确性,为矿井信息探测机械手的动力学分析及控制提供了理论依据。
【关键词】:信息探测 机械手 运动学 工作空间 Pro/E 运动学仿真
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TD774
【目录】:
- 致谢4-5
- 摘要5-6
- Abstract6-11
- 1 绪论11-17
- 1.1 课题研究背景11-12
- 1.1.1 选题目的及意义11-12
- 1.2 国内外研究现状12-16
- 1.2.1 国内研究现状13-14
- 1.2.2 国外研究现状14-15
- 1.2.3 主要存在问题15-16
- 1.3 课题主要研究内容16-17
- 2 矿井信息探测机械手的设计17-36
- 2.1 矿井信息探测机械手工作方式介绍17-19
- 2.2 矿井信息探测机械手结构设计19-28
- 2.2.1 机械手设计介绍19-20
- 2.2.2 机械手臂设计要求20-21
- 2.2.3 机械手末端执行器选型21-23
- 2.2.4 矿井信息探测机械手驱动机构23-25
- 2.2.5 信息探测机械手行走机构设计25-27
- 2.2.6 信息探测机械手整体连接设计27-28
- 2.3 矿井信息探测机械手移动平台设计28-29
- 2.4 感知系统设计29-31
- 2.4.1 信息探测机械手灾害信息感知系统30-31
- 2.4.2 信息探测机械手目标、障碍物感知系统31
- 2.5 控制系统设计31-33
- 2.5.1 控制系统硬件设计31-32
- 2.5.2 控制系统软件设计32-33
- 2.6 供电系统设计33-35
- 2.6.1 动力源选型33-34
- 2.6.2 电压转换元件选型34
- 2.6.3 供电系统结构34-35
- 2.7 本章小结35-36
- 3 矿井信息探测机械手的运动学分析36-53
- 3.1 机械手运动学概述36-38
- 3.1.1 坐标变换36-37
- 3.1.2 齐次坐标变换37
- 3.1.3 D-H参数37-38
- 3.2 信息探测机械手的正运动学问题解析38-45
- 3.2.1 倾斜轨道信息探测机械手正运动学解析38-42
- 3.2.2 弯曲轨道信息探测机械手正运动学解析42-45
- 3.3 矿井信息探测机械手运动学逆解45-48
- 3.3.1 处于倾斜轨道的信息探测机械手运动学逆解45-46
- 3.3.2 处于弯曲轨道的信息探测机械手运动学逆解46-48
- 3.4 矿井信息探测机械手雅可比矩阵48-52
- 3.4.1 倾斜轨道矿井信息探测机械手的雅可比矩阵49-51
- 3.4.2 弯曲轨道矿井信息探测机械手的雅可比矩阵51-52
- 3.5 本章小结52-53
- 4 信息探测机械手的工作空间分析53-63
- 4.1 工作空间概述53-55
- 4.2 工作空间中的空洞与空腔55
- 4.3 矿井信息探测机械手工作空间解析55-62
- 4.3.1 倾斜轨道的矿井信息探测机械手工作空间解析55-59
- 4.3.2 弯曲轨道的矿井信息探测机械手工作空间解析59-62
- 4.4 本章小结62-63
- 5 矿井信息探测机械手的PRO/E运动学仿真63-72
- 5.1 PRO/E运动学仿真概述63-64
- 5.2 使用Pro/E软件进行信息探测机械手的运动学仿真64-71
- 5.2.1 信息探测机械手的结构简化与仿真模型建立64-65
- 5.2.2 运动学仿真结果分析65-71
- 5.3 本章小结71-72
- 6 总结与展望72-74
- 6.1 全文研究总结72-73
- 6.2 展望73-74
- 参考文献74-78
- 作者简历78-79
- 学位论文数据集79
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,本文编号:975603
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