针对传统沉井基础施工设备取土效率低、地层适应性较差、作业区域存在盲区等问题,设计一款沉井基础取土作业机器人。结合施工需求,对机器人进行结构设计,并对其伸缩臂进行有限元静力学分析,验证了伸缩臂结构设计的合理性和可靠性;基于D-H法和几何法分别建立了机器人正、逆运动学模型,基于几何法建立了机器人关节空间到驱动空间的运动学模型,将铣挖头位姿控制最终转换为各关节液压驱动器的位置控制;设计了机器人关节驱动电液比例控制系统,采用PID控制器对其进行校正,通过仿真验证了控制策略的有效性;通过现场试验对机器人整机使用性能进行分析。试验结果表明:沉井基础取土作业机器人满足沉井施工需求,达到预期目标。

为提高水下掘进机器人臂架作业运行轨迹的稳定性和准确性,从轨迹规划和轨迹跟踪方面入手,对其运动控制进行研究。首先,基于D-H法和几何法依次求解臂架位姿空间到关节空间、关节空间到驱动空间的运动学方程,结合臂架作业特点采用五次多项式算法对其关节运动进行轨迹规划;其次,搭建臂架电液比例控制系统数学模型,为提高系统的响应速度和跟随精度,引入模糊PID控制器对系统进行校正,经仿真验证了该控制算法的有效性;最后,通过试验对臂架的实际作业效果进行验证。试验结果表明:臂架能够按照预定轨迹实现较好的轨迹跟踪效果,满足工程要求。

浅海移动平台是浅海地域的重要施工装备之一,其行走驱动系统的设计和分析至关重要。因此,文中根据浅海移动平台行走机构特点,设计了基于LUDV系统的行走驱动液压系统,并采用分流集流阀保证其单行走机构上双履带总成行走速度的同步性。采用仿真技术对单行走机构驱动系统进行分析,结果表明,经分流集流阀分流后的流量差值在0.4 L/min以内,行走机构同步性调整时间在2 s以内,行走机构驱动系统具备良好的同步性能。对行走驱动系统进行整机试验分析,结果表明,浅海移动平台行走速度控制误差不超过1%,偏航角度在1.4°以内,具备良好的控制性能。